偽·從零開始學演算法-1.4 結構化編程與邏輯結構

這一節前面還算簡單，到後面超級難。

還望大家能夠理解，如果有什麼不會的也可以問我，我也會盡量解答。

結構化編程簡述

結構化編程來源於20世紀60年代的軟體危機。那時，goto（無條件轉移）語句的濫用導致了軟體代碼難以維護，進而讓軟體開發變得異常困難。有一個最有名的例子就是IBM為其大型機IBM System/360編寫的系統IBM OS/360，動用1000多名程序員，其開發經歷了十年。

科拉多·伯姆（Corrado B?hm）及朱塞佩·賈可皮尼（Giuseppe Jacopini）於1966年5月在《Communications of the ACM》期刊發表論文，說明任何一個有goto指令的程序，可以改為完全不使用goto指令的程序。後來艾茲赫爾·戴克斯特拉（Edsger Wybe Dijkstra）在1968年也提出著名的論文《GOTO陳述有害論》（Go To Statement Considered Harmful），因此結構化編程開始盛行。

結構化編程是一種編程典範。它採用子程序、代碼區塊、for循環以及while循環等結構，來取代傳統的 goto。希望藉此來改善計算機程序的明晰性、質量以及開發時間，並且避免寫出麵條式代碼。它的提出使程序設計可遵循著一定的結構形式和方法，因而提高了程序設計的效率和質量，為調試和維護程序提供了方便，以便於軟體的擴充、改進、組織和管理，因此大大地降低了軟體的成本。

結構化程序的特點

• 僅有一個入口

• 僅有一個出口

• 結構中任一部分都應有執行到的機會

• 不出現死循環（無休無止的循環）

結構化編程的三種基本邏輯結構

對邏輯結構進行規範，有助於演算法和程序的分塊、理解和編製。

以下結構中，某一塊可以以除終端框外的任意塊或者結構代替。結構可嵌套。

順序結構

顧名思義，就是各個塊之間按順序執行。如圖：先執行A，再執行B，再執行後續操作。

順序結構

條件結構

條件結構是首先對變數等某一信息進行判斷，根據判斷的結果執行後續的流程。一般來說有兩種情況：

(1)如圖：如果A條件為真，執行B，再進行後續操作；否則直接進行後續操作。

條件結構(1)

絕大多數編程語言都採用上面的做法，而非將「是」和「否」置換過來的做法。如果需要「如果A條件為真，直接進行後續操作；否則，執行B，再進行後續操作」，最常用的做法是改變A條件為非A（?A）。這種情況也適用於後面的情形。

(2)如圖：如果A條件為真，執行B，再進行後續操作；否則，執行C，再進行後續操作。

條件結構(2)

循環結構

循環結構是進行循環操作的語句。一般來說有兩種情況：

(1)直到型：先執行後判斷。如圖：執行A，判斷B條件是否成立。如果成立，執行A；否則，進行後續操作。

循環結構-直到型

(2)當型：先判斷後執行。如圖：判斷A條件是否成立。如果成立，執行B，再判斷A條件是否成立；否則，進行後續操作。

循環結構-當型

特殊的邏輯結構

上面的邏輯結構已經能夠解決幾乎所有的演算法問題。不過，有一些特殊的形式，由於編程語言的支持，需要注意。

有條件跳轉

之前說過，結構化編程是為了避免goto的濫用導致的一系列問題。雖然goto語句目前仍然可以在許多編程語言中使用，但是如果不是萬不得已，絕對不要用。不過，事實上存在goto的替代品，只能作用於一個結構內。它們是break和continue語句。

break語句會中止循環，直接進行後續操作，如圖：如果B後接break語句（橙色箭頭），則會在執行B之後直接進行後續操作。

break語句

continue語句會結束本輪循環，提前開始下一步循環，如圖：如果B後接continue語句（綠色箭頭），則會在執行B之後，跳轉至循環判斷語句。

continue語句

它們常常與條件結構共用。

switch結構

上面的條件結構只支持是/否的二分支情況。在表達多分支的條件結構時，我們使用switch結構。

switch結構的流程圖如下：先判斷A的值，當A=a時，執行B1，再執行B2，執行到C，然後進行後續操作；當A=b時，執行B2，執行到C，然後進行後續操作；……若無對應值，執行C，然後進行後續操作。

switch結構

這樣的結構當然不能符合要求。在實際應用中，我們通常使用break語句來讓分支執行完畢後直接進行後續操作。下圖是當所有分支都使用break語句之後的流程圖：先判斷A的值，當A=a時，執行B1；當A=b時，執行B2；……若無對應值，執行C。再執行後續操作。

常見的switch結構

for循環

for循環是一種特殊的當型循環結構。它是先初始化某個循環變數，然後判斷循環變數是否符合某條件。如果符合，執行A，再改變循環變數的值，再判斷循環變數是否符合某條件。否則，執行後續操作。

for循環

在20世紀80年代的江蘇科學技術出版社出版的《廣播電視中專教材 計算機應用基礎》中，for循環在流程圖中有一種簡寫符號，這種簡寫符號適用於上圖中執行A之後對循環變數進行加操作的情況。但是現在應該是很少用了：

for循環簡寫

遞歸

遞歸是子程序中調用本身的情況。這種情況難以使用流程圖描述。它常常與條件結構共用。以下的圖是一個求階乘的遞歸演算法。

求階乘的遞歸演算法

在這裡，遞歸的複雜程度取決於輸入的x。當輸入x=3時，遞歸過程如下:

遞歸過程(1)

遞歸過程(2)

遞歸過程(3)

遞歸過程(4)

參考資料

• 結構化編程 - 維基百科，自由的百科全書

• 廣播電視中專教材 計算機應用基礎. 江蘇科學技術出版社

最近因為有旅遊，所以可能會斷更幾天，請見諒。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！