Одним из эффективных методов разработки программ является метод пошагового совершенствования. Использование PDL хорошо согласуется с этим методом. Программист обдумывает проект задачи все более детально, причем каждый шаг является «интеллектуально управляемой» компонентой задачи.
Вначале программист представляет задачу как набор задач:
do task A;
do task B;
do task C;
Каждая из задач определяется и детализируется с помощью спецификаций. Каждую небольшую задачу можно представить в виде нескольких предложений PDL, входящих в некоторую процедуру. Если задача сложная, ее можно представить как отдельную процедуру.
При детализации каждой задачи можно пользоваться только операторами PDL. Выбор операторов этого языка не случаен — они обеспечивают управляемые конструкции проектируемых программ. При этом программы рассматриваются как функции. Любой оператор можно представить в виде y = f(x). (В задачах со многими переменными x и y — векторы с соответствующим числом компонент.) Таким образом, оператор присвоения
А = В + С∙D
можно представить в виде F(X, Y, Z) = X + Y∙Z и заменить его следующим оператором: A = F(X, Y, Z).
Аналогичным образом можно представить оператор любой степени сложности. Таким образом, каждую программу можно записать как функцию, преобразующую входные переменные в выходные.
Для формализации процесса нисходящей разработки вводится понятие «простая программа». Простая программа определяется как программа, которую можно представить в виде структурной схемы со следующими свойствами:
1) существуют только одна входная и одна выходная дуги;
2) для каждого узла существует путь от входной дуги через этот узел к выходной дуге (рис. 4.5, 4.6).
Рис. 4.5 — Примеры простых программ
Используя указанное определение, нисходящую разработку можно представить в виде следующего алгоритма:
Пусть программа представлена одним
функциональным узлом;
do while (проектирование не окончено);
Заменить некоторый узел простой программой;
end;
Этот алгоритм не позволяет использовать оператор goto и требует от программиста больших временных затрат на разработку, чем обычно. Однако для реализации метода пошагового совершенствования разработан соответствующий аппарат, ускоряющий этот процесс.
Определим элементарную программу как простую программу, которая не включает простых программ, состоящих более чем из одного узла.
Обычно программист, анализируя программу, изучает отдельные операторы и, разобрав группу операторов, объединяет их вместе. Такой процесс изучения программы диаметрально противоположен методу пошагового совершенствования. Некоторый функциональный узел обязательно окажется оператором присвоения, и определить его функцию относительно просто. Если небольшое количество узлов объединено в элементарные программы, то понять их функции также относительно несложно. Конструкция if — then — else состоит из трех узлов (один предикат и две функции); для нее можно определить функцию, включающую в себя функции, соответствующие частям then и else оператора. Изучение сложных программ основано на объединении сведений о более мелких составных частях программы.
Рис. 4.6 — Примеры непростых программ
Рассмотрим программу, которая имеет несколько операторов goto.
В этом случае вся программа (или большая ее часть) может быть элементарной. Таким образом, разбор программы можно начать с просмотра всех узлов, поскольку непростых программ в ней не может быть.
Для структурного проектирования обычно используются следующие операторы: if — then — else, while — do, последовательность. Указанные управляющие структуры помогают программистам создать простые программы (функцию, которая преобразует входные данные в выходные). Пусть f(x) — сегмент программы, состоящей из оператора if — then — else (рис. 4.7).
if p(x) then g(x) else h(x)
Рис. 4.7 — Разбиение на элементарные программы
Функции g(x) и h(x) проще, чем функция f(x); таким образом, их спецификации должны быть проще. Если их спецификации известны, то функция f(x) определяется следующим образом:
Программист может формально определить f(x), зная более простые функции g(x) и h(x) (рис. 4.8).
Рис. 4.8 — Сложная программа
В языке PDL используются элементарные подпрограммы с наименьшим числом узлов. Операторы if и do while являются минимальным набором, поскольку было доказано, что любая программная функция может быть представлена программой с указанными двумя управляющими структурами. Однако вместо них можно использовать другие конструкции, например repeat — until.
repeat
набор операторов;
until (выражение);
Что эквивалентно следующему:
набор операторов;
do while (выражение);
набор операторов;
end;
Кроме того, такие же функции может реализовывать оператор do — case с произвольным числом узлов. Для передачи управления предназначен оператор leave. При его использовании передача управления принимает вид «остановить выполнение данной функции».
Заметим, что «интеллектуальная управляемость», а не «отсутствие операторов goto» является движущей силой процесса проектирования.