Запись алгоритмов с помощью диаграмм Несси - Шнейдермана (структограмм )

Язык Си является достаточно развитым для того, чтобы вообще обойтись без каких-либо особых способов записи алгоритмов.

Однако для тех, кто только начинает программировать, может понадобится более наглядное средство иллюстрации алгоритмов.

Раньше для таких целей широко использовались так называемые блок-схемы. Однако их применение очень легко может привести к появлению программ с неоправданно сложной структурой, в которой трудно разобраться.

Для описания логики работы программ вместо блок-схем можно использовать диаграммы Несси - Шнейдермана, которые отличаются тем, что пригодны для описания только структуированных программ (состоящих из базовых логических структур).

Рассмотрим базовые логические структуры и их представление в виде структограмм.

Процесс - один или несколько операторов, выполнение которых происходит последовательно. Изображается в виде прямоугольника, управление в который передается сверху, а выходит из него снизу:

Проверка условия - управление передается в один из нижних процессов:

Цикл - пока. Процесс повторяется несколько раз пока истинно условие.

9.4.

Некоторые приемы программирования

Рассмотрим некоторые типовые приемы программирования и использования рассмотренных выше операторов.

Для подсчета различных объектов, получающихся в процессе работы программы используют счетчики, которые представляют собой переменные целого типа, меняющие свои значения в процессе выполнения счета. Использование счетчика покажем на примере

программы, которая подсчитывает количество отрицательных значений функции sin(x) для x меняющегося от xn до xk с шагом h.

Вначале запишем алгоритм с помощью диаграммы Несси-Шнейдермана.

Теперь можно рассмотреть программу на языке Си:

 

#include <math.h>

#include <stdio.h>

 

/* использование счетчика */

 

void main(void)

{

double xn, xk, h, x;

int Count; /* счетчик */

 

printf("Введите xn, xk, h \n");

scanf("%lf%lf%lf", &xn, &xk, &h);

x = xn;

Count = 0; /* инициализация счетчика */

while(x <= xk)

{

if(sin(x) < 0) Count++; /* выполнение счета */

x += h;

}

printf("Число отрицательных синусов = %d\n", Count);

}

 

Довольно часто в программах приходится вычислять суммы и произведения. При нахождении суммы надо выделить переменную для ее хранения, обнулить ее, затем циклически добавлять к ней очередное значение. Найдем сумму отрицательных значений функции sin(x) для x меняющегося от xn до xk с шагом h. Следующая программа решает эту задачу:

 

#include <math.h>

#include <stdio.h>

 

/* нахождение суммы отрицательных значений синуса */

 

void main(void)

{

double xn, xk, h, x, sum;

 

printf("Введите xn, xk, h \n");

scanf("%lf%lf%lf", &xn, &xk, &h);

x = xn;

sum = 0; /* обнуление суммы */

while(x <= xk)

{

if(sin(x)<0) sum += sin(x); /* вычисление суммы */

x += h;

}

printf("Сумма = %lf\n", sum);

}

 

Для повышения эффективности программы можно описать еще одну переменную, например sinus и изменить оператор вычисления суммы:

 

if((sinus = sin(x)) < 0) sum += sinus;

 

В этом случае экономится время за счет однократного вычисления синуса.

Для вычисления произведения необходимо выделить переменную для его хранения, занести в эту переменную единицу и в цикле домножать ее на очередное значение.

Во многих сложных алгоритмах требуется запоминать факты наступления различных событий, связанных с процессом выполнения программы. Для этих целей используются флаги, которые представляют собой переменные целого типа, принимающие определенные значения в зависимости от этих событий. Простейший пример использования флагов иллюстрирует фрагмент программы, моделирующий работу оператора if с помощью оператора while. Иными словами, показывается, что при реализации программ можно вообще обойтись без оператора if. Действительно, рассмотрим следующий оператор if:

 

if(a > b) k = sin(x); else k = x * x;

 

Очевидно, такие же действия будет выполнять группа операторов, использующая флаг и приведенная ниже:

 

fl = 1; /* флаг */

while (a > b && fl) { k = sin(x); fl = 0; }

while (fl) { k = x * x; fl = 0; }

 

В данном случае флаг сигнализирует о выборе одной из альтернатив оператора if.

Следующая программа устанавливает факт наличия отрицательных значений sin(x) для x меняющегося от xn до xk c шагом h:

 

#include <math.h>

#include <stdio.h>

 

/* использование флагов */

 

void main(void)

{

double xn, xk, h, x;

int minus; /* флаг */

 

printf("Введите xn, xk, h \n");

scanf("%lf%lf%lf", &xn, &xk, &h);

x = xn;

minus = 0; /* предполагается, что нет не одного

отрицательного значения */

 

while(x <= xk)

{

if(sin(x) < 0) minus = 1;

x += h;

}

if(minus) printf("Имеются отрицательные значения\n");

else printf("Все синусы положительные\n");

}

 

В данной программе флаг устанавливается в 1, как только появляется отрицательный синус.

Оператор прерывания цикла

Предыдущая программа имеет существенный недостаток: перебираются все значения синуса, хотя цикл можно остановить, когда появится первое отрицательное значение. Этот недостаток можно исправить, как показано в следующем фрагменте:

 

x = xn;

minus = 0;

while(x < xk &&!minus)

{

...

}

 

В языке Си есть специальный оператор для прерывания цикла. Это оператор "break;". Выполнение его в программе немедленно прерывает цикл, в котором он находится и управление передается на следующий за циклом оператор. Используя оператор break, цикл предыдущей программы можно переписать в виде:

 

x = xn;

minus = 0;

while(x < xn)

{

if(sin(x) < 0) { minus = 1; break; }

x += h;

}

 

Оператор продолжения цикла

Оператор "continue;" вызывает переход к следующей итерации цикла, т.е. к очередной проверке условия. Естественно, все операторы тела цикла, находящиеся между continue и концом тела цикла пропускаются:

 

while(...)

{

...

if(...) continue;

... /* операторы пропускаются */

}

 

Операторы break и continue позволяют избавиться от необходимости применения оператора goto, поэтому последний в этом методическом пособии не рассматривается.

Пример организации простейшего меню

Современный стиль программирования предписывает использовать в программах различного рода меню, которые предоставляют пользователю возможность выбора одного из предложенных действий. Следующая программа вычисляет sin(x), cos(x), tan(x) в зависимости от выбора пользователя:

 

#include <math.h>

#include <stdio.h>

 

/* Организация простейшего меню */

void main (void)

{

int loop; /* Флаг, который сигнализирует о конце работы */

int choice; /* Текущий выбор пункта меню */

double fun, x; /* Значения функции и аргумента */

printf("\nВведите аргумент x=");

scanf("%lf", &x);

loop=1;

while (loop)

{

printf ("\n Введите номер функции:\n");

printf ("1. sin(x)\n2. cos(x)\n");

printf ("3. tan(x)\n4. Конец работы\n");

scanf ("%d", &choice);

if (choice==1) fun=sin(x);

else if (choice==2) fun=cos(x);

else if (choice==3) fun=tan(x);

else if (choice==4) { loop=0; continue; }

else { printf("Неверный выбор\n"); continue; }

printf("Значение функции %lf\n", fun);

}

}

 

Данная программа выводит на экран дисплея список возможных действий. Пользователь должен выбрать нужное, введя его номер.

Для управления выходом из цикла и организации конца работы программы используется флаг loop.