bas08-07.txt

            VIII.6.   О  СТИЛЕ  ПРОГРАММИРОВАНИЯ  [57]


                                                 Форме  дай  щедрую  дань 
                                                 Временем:  важен в поэме 
                                                 Стиль,  отвечающий  теме.
                                                 Стих, как монету, чекань 
                                                 Строго, отчетливо,честно,
                                                 Правилу  следуй   упорно:
                                                 Чтобы словам было тесно,
                                                 Мыслям просторно.
                                                              Н. Некрасов


   Трудно дать исчерпывающее  определение  понятия "с т и л ь программиро-
вания". Попытаемся охарактеризовать его, рассмотрев с различных точек зре-
ния. Главный тезис состоит в том, что   с т и л ь  п р о г р а м м и р о -
в а н и я  -  э т о  с т и л ь  м ы ш л е н и я,   проявляющийся в умении 
переводить алгоритм решения задачи на конкретный язык программирования.
   Не существует  совокупности правил написания программ,  следуя которым
Вы могли бы создавать качественные и не содержащие ошибок программы.Стиль
программирования не сводится  к хорошему знанию конкретного языка програм-
мирования, знанию его  возможностей и правил записи программ, хотя он все
это и предполагает. Скорее эти знания помогут отличить программу, написан-
ную в хорошем стиле от программы, написанной в плохом стиле. Многие доста-
точно хорошо знают какой-либо  иностранный  язык, чтобы без особых затруд-
нений читать специальную или художественную литературу на  этом языке. Но
лишь немногие могут с такой же легкостью написать на иностранном языке да-
же небольшую статью. Таким образом, от знания языка до владения языком ле-
жит "дистанция огромного размера".  Но  даже овладев языком программирова-
ния в совершенстве, мы лишь незначительно приблизимся  к обладанию стилем  
программирования.
   К сожалению, взгляд на стиль программирования  как  на стиль  мышления 
еще не всеми и не до конца осознан.  Очень  часто  стиль программирования 
сводится к технологии программирования.  За последние годы мы пережили не-
сколько вспышек увлечения  модными методологиями и технологиями программи-
рования, такими, например, как структурное программирование. Но в главном 
все они ориентируются на внешние факторы, характеризующие программу. Кста-
ти сказать, жертвой  структурного  программирования  чуть  было  не стали
FORTRAN и BASIC с их неструктурными операторами. Но  очевидно, что  плохо
разработанная программа,  записанная по правилам структурного программиро-
вания, так и останется плохой программой. В этом плане  переход  от языка
BASIC к таким языкам структурного программирования, как Pascal и Ada,мало
что даст.
   Подводя итог сказанному, приведем некоторые рекомендации, которые, как
мы надеемся, при  осознанном и неформальном их использовании  помогут Вам 
выработать свой стиль программирования. Большинство рекомендаций имеет до-
статочно общий характер и могут быть использованы при программировании не
только на BASIC, но и на многих других языках программирования. Эти  реко-
мендации не являются исчерпывающими.  Много подобных советов читатель  мо-
жет почерпнуть  из книг по разработке программ и структурному программиро-
ванию [52, 53, 54, 55].
      ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
   1. │ В основе алгоритма решения задачи лежит  м а т е м а т и - │
      │ ч е с к а я   м о д е л ь. Не нужно жалеть времени на раз- │
      │ работку и изучение свойств этой модели!                    │
      └────────────────────────────────────────────────────────────┘
   Это поможет лучше понять задачу и найти наиболее естественный  путь ее
решения.
   2. Максимально используйте "изобразительные" возможности языка програм-
мирования. В частности,
      ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
      │ старайтесь располагать только  о д и н  оператор на строке  │.
      └─────────────────────────────────────────────────────────────┘
Размещение нескольких операторов на одной физической строке  противоречит
правилу  структурного  программирования, требующему  сдвигать оператор по
строке в соответствии с уровнем его вложенности.
   3. Относитесь с должным вниманием  и аккуратностью  к  написанию  даже
очень простых частей программы. Помните, что программа - это единый  орга-
низм, работоспособность которого определяется качеством всех ее частей, а
не каких-то отдельных компонентов.  Просчет  в каком-то одном месте может 
привести к неудаче в целом.
   4. Не пытайтесь сразу написать  эффективную программу. Это  может  при-
вести к противоположному результату. Помните о следующем эмпирическом фак-
те: 75% времени выполнения программы приходится на 25% ее текста. Лишь те-
стирование первого варианта Вашей программы сможет выявить эти  25%, кото-
рые действительно требуют тщательной проработки. Экономия  на  мелочах не-
редко приводит к проигрышу в целом.
        ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
   5.   │  Помните об отладке с самого начала создания программы  │.
        └─────────────────────────────────────────────────────────┘
   Для этого активно используйте отладочную печать, вставляя соответствую-
щие операторы еще при написании программы. Во всех местах, где происходит
ветвление процесса вычислений, необходимо распечатывать данные, определяю-
щие выбор варианта. В местах  слияния ветвей решения следует печатать мар-
кер этого места и информацию о том, по какой из ветвей прошло решение.
   6. Не забывайте о надлежащей организации  операций ввода-вывода данных.
Не жалейте усилий на разработку средств, обеспечивающих  наглядность пред-
ставления вводимых  и выводимых  данных. Все вводимые данные должны распе-
чатываться и проверяться на корректность.
   Печать данных так же, как и представление вводимых данных, должна быть
содержательной, отражающей структуру данных и их интерпретацию,а не  быть
хаотичной грудой цифр. Используйте такие формы отображения, как таблицы и
графики.
   7. Если Вы хотите достигнуть определенных высот в программировании, то
процесс создания программы не должен заканчиваться для Вас получением  ра-
ботающей программы.
  ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │ Не спешите расстаться с Вашим детищем, принесшим Вам столько хлопот │
  │ и мучений. Еще раз внимательно  просмотрите программу. Постарайтесь │
  │ извлечь максимум пользы на будущее. Оцените идеи и методы, использо-│
  │ ванные Вами с точки зрения их применимости в других  ситуациях и пы-│
  │ тайтесь выработать шаблоны, обобщающие эти идеи и методы.           │
  └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
   По мере того, как число таких шаблонов будет увеличиваться,будет расти
и Ваше мастерство, умение оценивать все особенности  конкретной  задачи и
пользоваться наиболее адекватными средствами для их  отражения. Сказанное
не следует понимать как призыв к шаблонному  мышлению  в программировании.
Скорее наоборот, применение того или иного шаблона требует глубокого пред-
варительного анализа имеющейся ситуации с целью определения, какой именно
шаблон можно применить в данной ситуации. И чем больше шаблонов находится
в Вашем распоряжении, тем более детальным должен быть этот анализ. Резуль-
татом такого анализа может быть рождение новой оригинальной идеи или мето-
да. Таким образом, использование  шаблонов освободит Вас  от "изобретения
велосипеда" в тех ситуациях, когда можно добраться до цели в роскошной го-
ночной машине,и позволит сосредоточить основное внимание на решении новых
для Вас проблем.
   8. Помните, что наилучшей документацией  для любой программы  является 
сама эта программа. Поэтому программа должна содержать в явном виде исчер-
пывающую информацию, представленную в виде комментариев.
   9. Чтобы снизить погрешность результатов при выполнении  вычислений с
действительными числами, следует:
   ∗  избегать вычитания близких чисел,
   ∗  избегать деления больших по модулю чисел  на малые числа,  особенно
если последние имеют невысокую точность,
   ∗  сложение (вычитание) длинной  последовательности  чисел  начинать с
меньших чисел,
   ∗  стремиться уменьшить число операций,
   ∗  использовать алгоритмы,для которых известны оценки ошибок,
   ∗  не использовать сравнение на равенство действительных чисел в опера-
торе IF.
   10. Программисты в своих программах не всегда явно присваивают  началь-
ные значения используемым переменным, полагаясь на то, что  интерпретатор
присвоит им вполне определенные значения. Это  может привести  к неверной
работе программы. Чтобы избежать такой ошибки, следует явным образом  при-
сваивать начальные значения всем используемым в программе  переменным. Та-
кие "сокращения" предназначены для дилетантов или тех, кто  программирует
от случая к случаю, но не  программистов-профессионалов.
  ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │ Профессиональный программист должен явно определять или объявлять│
  │     все переменные в самом начале программы или подпрограммы.    │
  └──────────────────────────────────────────────────────────────────┘
   11. При использовании в записи идентификатора цифр помещайте их  в кон-
це идентификатора, так как цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5 в середине идентификато-
ра можно воспринять  как  буквы  O, I, Z, З,Ч, S.
   Никогда не используйте переменную более чем для одной цели. Распростра-
ненный прием  экономии лишнего слова памяти или лишнего оператора для опи-
сания типа состоит  в повторном использовании переменной в различных усло-
виях.  Программист  вполне может решить:  "Я закончил работать с TIME для 
расчетов времени, поэтому теперь буду использовать эту переменную как про-
межуточную при вычислении даты".  Такая практика  увеличивает шансы внесе-
ния ошибки при модификации программы.
   12. В тексте программы старайтесь явно не употреблять константы, за ис-
ключением, быть может, нуля и единицы. Для констант  лучше  вводить имена,
которые и использовать в программе. Это приводит к  лучшей "читабельности"
программы и к уменьшению числа возможных ошибок.
   13. Избегайте употреблять арифметические  выражения,содержащие перемен-
ные разных типов. Пользуйтесь функциями CINT() и CSNG()  для  преобразова-
ния значений переменных одного типа в значения другого типа данных.
   14. Предусматривайте "фразу" ELSE для каждой "фразы" THEN. В операторе
условного перехода должно быть  п о р о в н у  "фраз" THEN  и  ELSE. Даже
если не нужно ничего делать в случае "фразы" ELSE, следует  предусмотреть
пустой оператор. Это подскажет читателю, что случай "пустого" ELSE  также
рассматривается, и поможет понять последовательность действий.
   15. Не пишите изменяющих себя программ.
   16. Изучите и активно используйте возможности  языка  программирования:
в результате программы становятся короче и исключаются определенные  типы
ошибок.
 ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │  Внимательно прочтите раздел о "подводных камнях" в руководстве по  │
 │         языку программирования, на котором Вы программируете.       │
 │             Экономьте время, учитесь на ошибках других!             │
 └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
   17. Другими факторами,  оказывающими влияние  на организацию  программ,
являются ограничения на память и время выполнения.  Учет этих факторов мо-
жет вступать в противоречие с требованиями методов структурного программи-
рования при разработке программ.
   Если  ограничения  на память существенны, возможно, придется  пожертво-
вать наглядностью программы и комментариями для экономии  памяти. Конечно,
программу можно разделить так, чтобы  результат получался поэтапно с помо-
щью не одной, а нескольких программ. Можно также  уменьшить  размеры  про-
граммы, ограничивая использование повторяющихся операторов  или сегментов
программы. Для этого может потребоваться объединить модули  или  сегменты
программы, что в определенной степени нарушит модульную структуру програм-
мы. Кодирование нескольких операторов в одной строке,  удаление необязате-
льных пробелов в операторах, а также исключение операторов REM  - все эти 
приемы позволяют сэкономить память,  но  сделают  программу более трудной 
для понимания, отладки и модернизации.
    Объем вычислений можно уменьшить различными методами. Прежде всего не-
обходимо исключить лишние вычисления. Следует убедиться, что одно и то же
значение не вычисляется в программе многократно. Вот,что иногда можно уви-
деть в программе:   10 FOR I=1 TO N:FOR J=1 TO 1000
                    20    K=I+3
                           ···
                    80 NEXT J:NEXT I 
    В этой программе выражение K=I+3 вычисляется 1000 раз для  каждого из
N значений параметра цикла I. Чтобы устранить ошибку, оператор 20 следует
записать перед оператором FOR J=1 TO 1000(произвести "ч и с т к у" цикла). 
   На вычисление тригонометрических и экспоненциальных функций  затрачива-
ется много машинного времени. Довольно часто мы можем  пересмотреть  алго-
ритм и обойтись без этих функций. Вообще  сведение всех вычислений только
к операциям сложения и вычитания  ц е л ы х чисел существенно увеличивает
скорость выполнения программы.
   Уменьшение размерности массивов или их  исключение  также дают выигрыш
во времени (например, для движущихся изображений это означает  сокращение
числа перемещаемых элементов рисунка и увеличение шага  каждого  перемеще-
ния), поскольку адрес элемента двухмерного массива вычисляется дольше,чем
одномерного.  Кроме того, время доступа к элементу одномерного массива бо-
льше, чем к простой переменной.
   ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
   │  Однако основной метод уменьшения времени выполнения состоит в  │
   │ кодировании программы на языке ассемблера или на машинном языке!│
   └─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
   Тем не менее, игнорируйте все предложения  по повышению  эффективности,
пока программа не будет правильной.Худшее,что может быть сделано,- это на-
чать беспокоиться о быстродействии программы до того, как она начнет рабо-
тать правильно. Быстродействующая, но  неправильная  программа бесполезна;
медленнодействующая, но правильная всегда имеет некоторую ценность, а  мо-
жет оказаться и вполне удовлетворительной. 
  "1. Если программа неверна, то ее быстродействие не имеет значения. Убе-
дитесь в ее правильности, прежде, чем Вы начнете ее "улучшать". 
   2. Сохраняйте программу ясной и понятной, не пытайтесь повысить  ее бы-
стродействие в процессе кодирования. Преждевременная оптимизация - корень 
всех бед.
   3. Не стремитесь к оптимизации каждого простого вычисления. Пусть тран-
слятор делает это за Вас.
   4. Беспокойтесь об  алгоритме, а не  о деталях программы. Помните, что 
структура данных может существенно повлиять на то,как будет реализован ал-
горитм..."                                         Керниган Б., Плоджер Ф.
   Вейнберг [68] рассказывает забавную историю о новой программе, которая
из-за слишком большой сложности оказалась совершенно ненадежной.  Был  вы-
зван новый программист,  который нашел лучшее решение и за две недели сде-
лал новую, надежную версию программы.  При демонстрации ее работы он отме-
тил, что его программе требуется 10 секунд на каждую перфокарту.  Один из 
разработчиков первоначального варианта, торжествуя, заявил:  "А  моей про-
грамме требуется  только одна секунда на перфокарту".  Ответ программиста 
стал классическим:
┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│"Но Ваша программа не работает. Если программа  не  должна работать,  я │
│ могу написать такую, которой хватает одной миллисекунды на перфокарту".│
└────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘



         VIII.7.  НЕДОСТАТКИ  ЯЗЫКА  ПРОГРАММИРОВАНИЯ  BASIC [59]


 Меня вы научили говорить             Взирая на солнце,прищурь глаза свои
 На вашем языке. Теперь я знаю,       и ты смело разглядишь в нем пятна.
 Как проклинать, - спасибо и за это.                       Козьма Прутков
 Пусть унесет чума обоих вас
 И ваш язык.
    У.Шекспир. Буря (пер.М.Донского)


   Школьный курс информатики преследует две цели:
   1. О б щ е т е о р е т и ч е с к а я   ц е л ь .
   Овладение алгоритмическим стилем мышления, который включает в себя уме-
ние четко сформулировать заданные условия  и требуемые результаты, разбие-
ние большой задачи на малые,  поиск решения в виде последовательности дей-
ствий,  выбор которых может зависеть от конкретных условий.  Алгоритмичес-
кое мышление в таком понимании применимо (и необходимо!) практически в лю-
бой сфере человеческой деятельности.
   2. П р а к т и ч е с к а я   ц е л ь .
   Понимание принципиальных возможностей современных компьютеров, предста-
вление о круге решаемых ими задач. Умение выделить "человеческую"  и "ком-
пьютерную" части конкретной задачи, построение модели и формализация "ком-
пьютерной" части, доведение ее до уровня программы для ЭВМ.
   Заметим, что программирование занимает и здесь подчиненное место. Глав-
ное - понять, что можно, а чего нельзя запрограммировать, и формализовать
выбранную для программирования задачу.
   Итак, цели поставлены, теперь надо выбрать соответствующие им средства.
И тут программирование заслуженно занимает ведущее место. Именно в нем на-
иболее полно проявляются алгоритмические закономерности, поэтому  програм-
мирование становится  о с н о в н ы м  средством  овладения  алгоритмичес-
ким мышлением.
 ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │ Итак, алгоритмическое мышление - цель, программирование - средство! │
 └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
   Возникает вопрос: на каком языке записывать  составляемые  в  процессе
обучения алгоритмы и программы? Исходя из  поставленных  целей, определим
требования к языку программирования.
   1. Язык должен быть  п р о с т ы м. Главная трудность должна заключать-
ся в составлении алгоритма, а не в его записи (это требование  немедленно
исключает такие языки, как ЛИСП, Ассемблер, Си и язык программируемого ми-
крокалькулятора).
   2. Язык должен допускать естественное представление  основных  алгорит-
мических конструкций (отпали FORTRAN и BASIC).
   3. Язык должен быть  у н и в е р с а л ь н ы м, т.е. допускать  естест-
венную обработку величин различных типов (Aлгол и FORTRAN не содержат  до-
статочно развитых средств работы со строковыми (литерными) величинами).
   Не кажутся обязательными такие требования, как  распространенность язы-
ка или наличие эффективной реализации. Скорее,наоборот, выбранный для мас-
сового обучения язык имеет хорошие шансы стать широко распространенным.
   Таким образом, существующие языки программирования не пригодны для мас-
сового обучения. Для решения этой проблемы были созданы специальные языки:
Робик и Рапира Г.А.Звенигородского,  алгоритмический язык  А.П.Ершова. По 
своим идеям,да и по внешней форме эти языки достаточно близки, главное их 
отличие заключается  в трактовке понятия типа величины: в алгоритмическом 
языке тип связан с именем, в Рапире - со значением.
   Отметим особенности  школьного алгоритмического языка,  которые делают 
его особенно ценным для использования при обучении.
   1. Это прежде всего  р у с с к а я  нотация.
   2. Свободный синтаксис записи выражений, который дает  ученику  возмож-
ность сосредоточиться не на форме записи алгоритма, а на его сути.
   3. Алгоритмический язык обладает основными фундаментальными конструкци-
ями, присущими структурному программированию:
   командой условного перехода  "если..., то..., иначе...все",
                                 ────     ──     ─────   ───
   циклами "для" и "пока",  командой "выбор" .
            ───     ────              ─────
   4. Нет конструкции "идти к..." (аналог оператора GOTO)
                       ──────
(впрочем, иногда это создает определенные трудности при составлении  алго-
ритма!).
   Поэтому
 ┌────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │  главной задачей, стоящей при изучении  языка программирования в   │
 │  школе, является - показать, как фундаментальные алгоритмические   │
 │  конструкции (конструкции школьного  алгоритмического языка) при-  │
 │  обретают свойственную конкретному языку  программирования форму,  │
 │  сохраняя свое содержание                                          │ .
 └────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
   Программа преподавания информатики предоставляет учителю свободу  выбо-
ра языка программирования, но большинство  останавливается на BASIC и  Ра-
пире.
   Именно поэтому мы поговорим о недостатках языка программирования BASIC.
   1. В MSX-BASIC  отсутствует естественное представление алгоритмической
конструкции  - цикл "пока". Приведенные  в  школьном  учебнике  операторы
                     ────
WHILE-WEND относятся к весьма редкой версии BASIC,не встречающейся на име-
ющихся сегодня (1990г.) компьютерах.
   2. Нет аналога вспомогательным алгоритмам. Конструкция подпрограмм  не
имеет таких важнейших  свойств вспомогательных  алгоритмов, как  независи-
мость имен,  передача параметров  и возможность организации библиотек. Та-
ким образом,  эта конструкция не является эффективным средством разбиения 
большой задачи на малые  и  сведения нерешенной задачи к решенным (важней-
шие навыки алгоритмизации!). Других средств для этого BASIC не предлагает.
   3. Выбор имен в подавляющем большинстве версий BASIC (MSX-BASIC, конеч-
но, не в счет!) ограничен формулой "буква + цифра". Использование содержа-
тельных мнемонических имен запрещено,что очень затрудняет разработку и по-
нимание программ, выходящих за рамки примитива.
   Таким образом, BASIC может быть инструментом программирования (хотя  и
очень несовершенным), но он не дает адекватных средств для развития мышле-
ния. В то же время из-за отсутствия естественного представления  основных
конструкций его очень неудобно использовать в качестве иллюстрации.
   Особенно опасно изучение  BASIC  в компьютерном курсе.  Слабые ученики
плохо понимают язык, путаются в многочисленных ограничениях при программи-
ровании алгоритмических конструкций, теряют интерес к предмету и к компью-
теру. На программирование у них уходит столько сил,что на мышление уже не
остается. Сильные же ученики,видя,что компьютер прекрасно понимает их без
"алгоритмических излишеств"  типа заголовка алгоритма и продуманной струк-
туры программы, пренебрегают этими деталями,  не хотят писать на школьном
алгоритмическом языке задачи,которые можно сразу сделать на BASIC.В итоге
они получают навык программирования, а не мышления, и главная цель остает-
ся не достигнутой.
   Почему же, несмотря на столь серьезную опасность BASICa, он так популя-
рен?
   Перечислим основные аргументы, выдвигаемые его зашитниками  и попытаем-
ся их прокомментировать.
   1) BASIC прост в изучении. Это единственное достоинство языка как тако-
вого. Но это та самая простота, которая хуже воровства, "простота  орудий
каменного века". BASIC прост, потому, что в нем нет сложных  элементов (в
первую очередь вспомогательных алгоритмов и некоторых алгоритмических кон-
струкций), без овладения которыми поставленные цели не достигаются.
   2) При работе на BASIC диалог с компьютером происходит быстро и просто.
Это достоинство не языка, а его реализации.
   3) BASIC имеется на многих компьютерах, он широко распространен.Однако
это не достоинство,  а большая беда.  Фактически мы сталкиваемся здесь  с 
осужденным в промышленности диктатом производителя.  Изготовители  ЭВМ  и 
программного обеспечения рекламируют BASIC, так как BASIC-системы проще в 
изготовлении и могут быть перенесены с западных компьютеров.
  ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  Итак, необходимо, чтобы поставляемые в школы  компьютеры имели   │
  │  систему программирования не на BASIC, a на другом языке програм- │
  │  мирования высокого уровня!                                       │
  └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘