PDF de programación - Programación estructurada

Programación estructurada

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En esta unidad aprenderás a:

Comprender la justificación
de la programación
estructurada

Conocer en qué consiste
la programación estructurada

Utilizar la la programación
estructurada en el diseño
de aplicaciones

Mantener mejor las aplicaciones

5. Programación estructurada
5.1 La visión clásica de la programación estructurada…

5.1 La visión clásica

de la programación estructurada:
la programación sin goto

La visión clásica de la programación estructurada se refiere al control de ejecución. El
control de su ejecución es una de las cuestiones más importantes que hay que tener en
cuenta al construir un programa en un lenguaje de alto nivel. La regla general es que
las instrucciones se ejecuten sucesivamente una tras otra, pero diversas partes del pro-
grama se ejecutan o no dependiendo de que se cumpla alguna condición. Además, hay
instrucciones (los bucles) que deben ejecutarse varias veces, ya sea en número fijo o
hasta que se cumpla una condición determinada.

Sin embargo, algunos lenguajes de programación más antiguos (como Fortran) se apo-
yaban en una sola instrucción para modificar la secuencia de ejecución de las instruc-
ciones mediante una transferencia incondicional de su control (con la instrucción goto,
del inglés "go to", que significa "ir a"). Pero estas transferencias arbitrarias del con-
trol de ejecución hacen los programas muy poco legibles y difíciles de comprender. A
finales de los años sesenta, surgió una nueva forma de programar que reduce a la
mínima expresión el uso de la instrucción gotoy la sustituye por otras más compren-
sibles.

Esta forma de programar se basa en un famoso teorema, desarrollado por Edsger Dijks-
tra, que demuestra que todo programa puede escribirse utilizando únicamente las tres
estructuras básicas de control siguientes:

• Secuencia: el bloque secuencial de instrucciones, instrucciones ejecutadas sucesi-

vamente, una detrás de otra.

• Selección: la instrucción condicional con doble alternativa, de la forma "ifcondi-

ción theninstrucción-1 elseinstrucción-2".

• Iteración: el bucle condicional "whilecondición doinstrucción", que ejecuta la ins-

trucción repetidamente mientras la condición se cumpla.

Los programas que utilizan sólo estas tres instrucciones de control básicas o sus varian-
tes (como los bucles for, repeato la instrucción condicional switch-case), pero no la ins-
trucción goto, se llaman estructurados.

Ésta es la noción clásica de lo que se entiende por programación estructurada (llamada
también programación sin goto) que hasta la aparición de la programación orientada
a objetos se convirtió en la forma de programar más extendida. Esta última se enfoca
hacia la reducción de la cantidad de estructuras de control para reemplazarlas por otros
elementos que hacen uso del concepto de polimorfismo. Aun así los programadores toda-
vía utilizan las estructuras de control (if, while, for,etc.) para implementar sus algorit-
mos porque en muchos casos es la forma más natural de hacerlo.

Una característica importante en un programa estructurado es que puede ser leído en
secuencia, desde el comienzo hasta el final sin perder la continuidad de la tarea que

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5. Programación estructurada
5.2 La visión moderna de la programación estructurada…

cumple el programa, lo contrario de lo que ocurre con otros estilos de programación.
Este hecho es importante debido a que es mucho más fácil comprender completa-
mente el trabajo que realiza una función determinada si todas las instrucciones que
influyen en su acción están físicamente contiguas y encerradas por un bloque. La
facilidad de lectura, de comienzo a fin, es una consecuencia de utilizar solamente
tres estructuras de control, y de eliminar la instrucción de transferencia de control
goto.

5.2 La visión moderna
de la programación estructurada:
la segmentación

La realización de un programa sin seguir una técnica de programación produce frecuen-
temente un conjunto enorme de sentencias cuya ejecución es compleja de seguir, y de
entender, pudiendo hacer casi imposible la depuración de errores y la introducción de
mejoras. Se puede incluso llegar al caso de tener que abandonar el código preexistente
porque resulte más fácil empezar de nuevo.

Cuando en la actualidad se habla de programación estructurada, nos solemos referir a la
división de un programa en partes más manejables (usualmente denominadas segmen-
tos o módulos). Una regla práctica para lograr este propósito es establecer que cada
segmento del programa no exceda, en longitud, de una página de codificación, o sea,
alrededor de 50 líneas.

Así, la visión moderna de un programa estructurado es un compuesto de segmentos, los
cuales puedan estar constituidos por unas pocas instrucciones o por una página o más
de código. Cada segmento tiene solamente una entrada y una salida, asumiendo que no
poseen bucles infinitos y no tienen instrucciones que jamas se ejecuten. Encontramos
la relación entre ambas visiones en el hecho de que los segmentos se combinan utili-
zando las tres estructuras básicas de control mencionadas anteriormente y, por tanto,
el resultado es también un programa estructurado.

Cada una de estas partes englobará funciones y datos íntimamente relacionados semán-
tica o funcionalmente. En una correcta partición del programa deberá resultar fácil e
intuitivo comprender lo que debe hacer cada módulo.

En una segmentación bien realizada, la comunicación entre segmentos se lleva a cabo de
una manera cuidadosamente controlada. Así, una correcta partición del problema produ-
cirá una nula o casi nula dependencia entre los módulos, pudiéndose entonces trabajar
con cada uno de estos módulos de forma independiente. Este hecho garantizará que los
cambios que se efectúen a una parte del programa, durante la programación original o su
mantenimiento, no afecten al resto del programa que no ha sufrido cambios.

Esta técnica de programación conlleva las siguientes ventajas:

a) El coste de resolver varios subproblemas de forma aislada es con frecuencia menor

que el de abordar el problema global.

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5. Programación estructurada
5.2 La visión moderna de la programación estructurada…

b) Facilita el trabajo simultáneo en paralelo de distintos grupos de programadores.

c) Posibilita en mayor grado la reutilización del código (especialmente de alguno de

los módulos) en futuras aplicaciones.

Aunque no puede fijarse de antemano el número y tamaño de estos módulos, debe inten-
tarse un compromiso entre ambos factores. Si nos encontramos ante un módulo con un
tamaño excesivo, podremos dividir éste a su vez en partes (nuevos módulos) más mane-
jables, produciéndose la sucesiva división siempre desde problemas generales a proble-
mas cada vez menos ambiciosos y, por tanto, de fácil desarrollo y seguimiento. Así, esta
división toma la forma de un árbol cuya raíz es el programa principal que implementa la
solución al problema que afrontamos utilizando uno o varios módulos que realizan par-
tes de dicha solución por sí solos o invocando a su vez otros módulos que solucionan
subproblemas más específicos. A esta aproximación se la denomina diseño descendente
o top-down, como queda esquematizado en la siguiente figura:

Fig. 5.1. Diseño descendente.

El carácter autocontenido de los módulos o librerías hace que pueda ocultarse el fun-
cionamiento interno de las funciones contenidas en un módulo, ya que para utilizarlas
basta con saber con qué nombre y argumentos se invocan y qué tipo de valores devuel-
ven. Al reunirlas en un módulo, se realza la relación entre las mismas separándolas del
resto del programa.

Esta ocultación de los detalles se denomina encapsulación y se alcanza dividiendo el
código del programa en dos ficheros diferenciados: un fichero (con extensión ".h") que
incluye la declaración de los tipos de datos y de las funciones gracias a lo cual se sabe
cómo acceder y utilizar cada una de las mismas y otro (con extensión ".c") que contiene
el código de cada una de las funciones declaradas en el .h.

Al compilar este último queda transformado en código objeto (al cual ya no se puede
acceder para su lectura o modificación) y puede distribuirse conjuntamente con el
fichero de declaración (el que acaba en .h), para su uso por parte de terceros sin riesgo
alguno de alteración de la funcionalidad original (ésta quedó encapsulada u oculta).

Esto es así porque para hacer uso de las funciones incluidas en el módulo únicamente
necesitaremos conocer la información que nos proporciona el fichero de declaración: el
nombre, tipos de datos de los argumentos y valores de retorno de las funciones. No es
necesario conocer los detalles de implementación (sentencias que se ejecutan dentro
de una función).

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5. Programación estructurada
5.2 La visión moderna de la programación estructurada…

Ejemplo práctico

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Supongamos que queremos desarrollar una aplicación para que dos usuarios jueguen al ajedrez. En primer lugar, necesi-
tamos una serie de funciones asociadas al tablero: una que coloque todas las piezas de ambos jugadores en las posicio-
nes iniciales, otra que determine si se ha producido el final de la partida, otra que confirme la presencia de una pieza
del jugador en juego en una determinada casilla, otra que confirme que el movimiento no se sale del tablero, o que ese
tipo de pieza puede realizarlo, y una última que lleve a efecto el movimiento de una pieza del jugador en juego (elimi-
nando del tablero a otra pieza del jugador contrario si procede). Para estas últimas puede ser preciso utilizar a su vez
otro módulo que represente las funciones de movimiento asociadas a cada tipo de pieza.

La descomposición en módulos del programa quedaría:

Ajedrez

Tablero

Pieza

Fig. 5.2. Descomposición del programa en módulos.

Así, el contenido del fichero de libreríatablero.h sería:

enum columnas { a, b, c, d, e, f, g, h };
struct tablero {
int posx;
enum columnas posy;
struct pieza mipieza;
struct tablero *sig