История структурного программирования

Материал из Documentation.

В то время, когда вычислительная мощность компьютеров росла экспоненциально, возможности создания программного обеспечения, способного эффективно использовать эту мощь, оставались ограниченными. Это привело к так называемому «кризису программного обеспечения». Проекты разработки программного обеспечения регулярно сталкивались с серьёзными проблемами: срыв сроков, превышение бюджета, низкое качество кода и, как следствие, высокая частота ошибок. Часто программы оказывались настолько сложными и запутанными, что их было практически невозможно отлаживать, модифицировать или даже просто понять. Этот кризис был вызван несколькими факторами, включая отсутствие чётких методологий разработки, недостаточную квалификацию программистов и, что самое главное, использование неструктурированных подходов к программированию.

Основной причиной хаоса в коде была практика широкого использования оператора GOTO. Этот оператор позволял безусловно передавать управление в любую точку программы, создавая сложные и непредсказуемые переходы. В результате возникал так называемый «спагетти-код» — программа, логика которой была настолько запутанной, что напоминала тарелку спагетти. Отладка и изменение такого кода превращались в кошмар, поскольку любое изменение в одной части программы могло непредсказуемо повлиять на другие её части. Программисты тратили огромное количество времени на отладку и исправление ошибок, вместо того чтобы создавать новые функциональные возможности.

Структурное программирование возникло как осознанный ответ на этот кризис, как попытка навести порядок в хаосе и создать более надёжные, понятные и поддерживаемые программы. В основе структурного программирования лежат несколько ключевых принципов, которые в корне изменили подход к разработке программного обеспечения:

• Принцип «разделяй и властвуй». Этот принцип предполагает декомпозицию сложной задачи на более мелкие, независимые и управляемые подзадачи. Каждая подзадача решается отдельно, а затем решения объединяются для решения исходной задачи. Этот подход позволяет упростить сложность и сделать процесс разработки более управляемым.
• Использование только трёх основных структур управления. Структурное программирование ограничивает использование операторов управления потоком только тремя основными конструкциями:
  • Последовательность: последовательное выполнение инструкций одна за другой.
  • Выбор (ветвление): выполнение одной из нескольких ветвей кода в зависимости от условия (например, операторы if-then-else или switch-case).
  • Цикл: повторение блока кода до тех пор, пока выполняется определенное условие (например, циклы while или for).
• Отказ от оператора GOTO. Этот принцип является одним из самых важных в структурном программировании. Отказ от GOTO и замена его структурированными конструкциями управления позволяют создавать более предсказуемый и понятный код.
• Нисходящее проектирование (top-down design). Этот подход предполагает разработку программы, начиная с определения общей структуры и постепенно детализируя её до уровня отдельных процедур и функций. Сначала определяется основная задача, затем она разбивается на подзадачи, и так далее, пока не будут получены достаточно простые задачи, которые можно реализовать с помощью небольших модулей кода.
• Модульность. Этот принцип предполагает разделение программы на отдельные модули (подпрограммы, функции, процедуры), которые выполняют определенные задачи и могут быть повторно использованы в других частях программы. Модульность позволяет упростить структуру программы, улучшить ее читаемость и облегчить ее сопровождение.

Эдсгер Дейкстра, голландский ученый-информатик, сыграл ключевую роль в популяризации структурного программирования. Его знаменитая статья «Go To Statement Considered Harmful», опубликованная в 1968 году, стала манифестом структурного программирования и оказала огромное влияние на индустрию. В этой статье Дейкстра убедительно доказал, что использование оператора GOTO приводит к созданию неструктурированного и сложного кода, который трудно понимать и поддерживать. Он предложил заменить GOTO структурированными конструкциями и призвал программистов отказаться от использования этого оператора.

Никлаус Вирт, швейцарский ученый, известен как разработчик языка Pascal, который стал одним из самых популярных языков для обучения программированию. Pascal был разработан с учетом принципов структурного программирования и поддерживал структурированные конструкции управления, ограничивая или исключая использование GOTO. Pascal помог многим начинающим программистам освоить принципы структурного программирования и научиться создавать более качественный код.

Харлан Миллс, американский ученый-информатик, активно продвигал принципы структурного программирования в компании IBM. Он разработал несколько методологий разработки программного обеспечения, основанных на структурном программировании, и успешно применял их в крупных проектах. Миллс показал на практике, что структурное программирование может значительно улучшить качество программного обеспечения и повысить эффективность разработки.

Языки программирования ALGOL и Pascal сыграли важную роль в популяризации структурного программирования. Эти языки предоставляли необходимые инструменты для реализации принципов структурного программирования и помогали программистам создавать более структурированный и понятный код. ALGOL, в частности, оказал большое влияние на развитие языков программирования в целом, представив множество новых концепций, таких как блочная структура и рекурсия.

Структурное программирование оказало огромное влияние на индустрию разработки программного обеспечения. Оно позволило создавать более надёжные, понятные и поддерживаемые программы, сократить сроки разработки и снизить стоимость сопровождения. Структурное программирование стало основой для многих последующих методологий разработки программного обеспечения, таких как объектно-ориентированное программирование и модульное программирование.

Несмотря на свои преимущества, структурное программирование имело и некоторые ограничения. Оно не предоставляло эффективных средств для работы с большими и сложными системами, где требовалась более высокая степень абстракции и модульности. Кроме того, структурное программирование не поддерживало концепции повторного использования кода и не позволяло эффективно моделировать объекты реального мира.

В конце 1980-х и начале 1990-х годов объектно-ориентированное программирование (ООП) стало доминирующей парадигмой программирования. ООП позволило решать многие проблемы, которые не могли быть эффективно решены с помощью структурного программирования. Однако принципы структурного программирования не были забыты. Они стали неотъемлемой частью ООП и других современных парадигм программирования. Внутри классов и методов объектно-ориентированных программ по-прежнему используются структурированные конструкции управления и применяется модульный подход.