Проектирование компьютерной программы
Программы представляют собой, в конечном счете, конкретные формулировки абстрактных алгоритмов, основанные на конкретных представлениях и структурах данных. Решения о структурировании данных нельзя принимать без знания алгоритмов, и наоборот, структура и выбор алгоритмов существенным образом зависят от структуры данных. Таким образом,
Проект КОМПЬЮТЕРНОЙ программы =
= проект структур данных + проект алгоритма обработки этих данных
в соответствии со спецификацией программы.
Характеристика исполнителя кп
В разделе 4.1. исполнитель алгоритма был определен своей характеристикой – набором видов данных, с которыми он мог работать, и набором операций, которые он мог выполнять над этими данными. Исполнителем КП является система программирования, установленная на компьютере, поэтому характеристика исполнителя КП (ИКП) зависит от языка, на котором предполагается писать КП, и от среды, в которой ведется разработка КП.
Набор видов данных, с которыми может работать ИКП, определяется набором типов данных, входящих в выбранный язык программирования (ЯП). Заметим при этом, что ЯП высокого уровня позволяют конструировать сложные структурные типы данных (агрегаты), которые адекватны видам данных исходной задачи.
Наборы операций, которые ИКП может выполнять над данными сконструированных типов, состоят из операций ЯП и из тех операций, которые нужны для решения задачи и которые можно смоделировать в виде функций и/или процедур ЯП.
Различные ЯП представляют различные типы данных и различные средства для конструирования сложных типов данных. При проектировании КП очень важно подобрать подходящий ЯП и подходящую среду разработки КП на этом языке. Среда разработки КП обычно содержит средства для расширения множества типов данных (например, для добавления файлов в число объектов, с которыми может работать ИКП) и множества операций над данными (например, для добавления операций ввода и вывода данных в перечень операций над данными, которые может выполнять ИКП).
Проектирование структур данных в КП для решения задачи
Данные представляют собой абстракции реальных объектов и, как правило, формулируются первоначально как абстрактные структуры, не обязательно реализованные в распространенных ЯП. В процессе разработки КП представление данных постепенно уточняется вслед за уточнением алгоритма, всё более подчиняясь ограничениям, которые накладывает конкретная система программирования.
Существуют несколько элементарных (“неделимых”) структур данных: числа (целые и вещественные) и символы. В ЯП они представлены простыми типами: целый, вещественный, символьный.
Существуют несколько основных (фундаментальных) структур данных. В число фундаментальных структур обычно включают: запись, массив фиксированного размера, множество и последовательный файл (состоящий из записей). Обычно в ЯП существуют типы данных, реализующих все эти фундаментальные структуры. Переменные фундаментальной структуры в КП могут менять только свои значения, но сохраняют неизменной свою форму.
Сложные структуры данных конструируются из элементарных и фундаментальных структур данных. Переменные сложной (не фундаментальной) структуры во время выполнения КП могут менять не только значения, но и форму. Поэтому для их реализации в КП приходится применять более сложные приёмы, например, программировать процессы изменения формы.
Слова " спроектировать структуру данного " означают:
· сопоставить этому данному переменную ЯП, тип которой наиболее подходит для этого данного (с учётом области его определения),
· подобрать для этой переменной мнемоническое имя в соответствии со смыслом сопоставленного ей данного.
Тип сопоставляемой переменной подбирается из множества элементарных и фундаментальных типов, имеющихся в выбранном ЯП, и/или сконструированных из них сложных типов, поддерживаемых выбранной средой программирования.
Например, при составлении КП для решения задачи о выборе максимального из трех заданных чисел (см. 4.?) каждому из трех чисел (данных элементарной структуры) сопоставляется переменная со своим именем (A, B или C), но все эти переменные имеют один и тот же тип – натуральное число. При проектировании структур данных КП для решения другой задачи – о нахождении максимального элемента в числовой матрице размером 2×6 - данному фундаментальной структуры “матрица” сопоставляется М - переменная типа массив [2,6] ЯП.