Introducción a la Informática Estructuras de control. Secuencial y selectiva

Transcripción

1 Estructuras de control Secuencial y selectiva Programación estructurada La programación estructurada es una forma de escribir programas de computadora de forma clara, utilizando únicamente tres estructuras: secuencia, selección e iteración; siendo innecesario y no permitiéndose el uso de la instrucción o instrucciones de transferencia incondicional (Por ejemplo GOTO) La programación estructurada surge a finales de los años 1960 con el objetivo de realizar programas confiables y eficientes, y que además fueran escritos de manera de facilitar su comprensión posterior Hoy en día las aplicaciones informáticas son mucho más ambiciosas que las necesidades de aquellos años, por lo que se desarrollaron nuevas técnicas, tales como la programación orientada a objetos y el desarrollo de entornos de programación que facilitan la programación de grandes aplicaciones De todas formas, el paradigma estructurado tiene vigencia en muchos ámbitos de desarrollo de programas y constituye una buena forma de iniciarse en la programación de computadoras, por lo que en este capitulo y en el siguiente se verán las características de las estructuras que lo componen El teorema del programa estructurado, de Böhm-Jacopini, demuestra que todo programa puede escribirse utilizando únicamente las tres instrucciones de control siguientes: Secuencia Instrucción condicional Iteración (bucle de instrucciones) con condición al principio Solamente con estas tres estructuras o patrones lógicos se pueden escribir todos los programas y aplicaciones posibles Si bien los lenguajes de programación tienen un mayor repertorio de estructuras de control, éstas pueden ser construidas mediante las tres básicas El flujo de control de un programa La expresión flujo de control hace referencia al orden en el que se ejecutarán las instrucciones de un programa, desde su comienzo hasta que finaliza El flujo normal de ejecución es el secuencial Si no se especifica lo contrario, la ejecución de un programa empezaría por la primera instrucción e iría procesando una a una en el orden en que aparecen, hasta llegar a la última Algunos programas muy simples pueden escribirse sólo con este flujo unidireccional No obstante, la mayor eficacia y utilidad de cualquier lenguaje de programación se deriva de la posibilidad de cambiar el orden de ejecución según la necesidad de elegir uno de entre varios caminos en función de ciertas condiciones, o de ejecutar algo repetidas veces, sin tener que escribir el código para cada vez Con frecuencia, el programador necesita que el programa no se comporte sólo de modo secuencial Por ejemplo, si no se puede abrir un archivo y la función del programa es modificar ese fichero, el programa no debería realizar ninguna operación, más que indicar el error detectado Otro ejemplo, sería calcular una bonificación sólo para los empleados con más de 10 años de antigüedad También puede ocurrir que interese que un grupo de instrucciones se ejecute repetidamente hasta que se le indique que se detenga Por ejemplo, calcular el promedio de notas para cada uno de los alumnos de un curso, o realizar algún cálculo con cada uno de los elementos de un vector Para las dos situaciones planteadas existen dos soluciones: las sentencias de control selectivas y las repetitivas Éstas permiten que el flujo secuencial del programa sea modificado También cumplen con este objetivo las sentencias denominadas de invocación o salto Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 1

2 Las sentencias alternativas también son conocidas como sentencias selectivas porque permiten seleccionar uno de entre varios caminos por donde seguirá la ejecución del programa En algunos casos esta selección viene determinada por la evaluación de una expresión lógica Este tipo de sentencias se clasifican en tres: simples: (IF) dobles: - (IF-ELSE) múltiples: SEGÚN-SEA (SWITCH, CASE) A las sentencias repetitivas se les conoce también como sentencias iterativas ya que permiten realizar algo varias veces (repetir, iterar) Dentro de ellas se distinguen: DESDE (FOR) MIENTRAS (WHILE) REPETIR-HASTA-QUE (REPEAT UNTIL) Las sentencias de salto o invocación permiten realizar saltos en el flujo de control de un programa, es decir, permiten transferir el control del programa, alterando bruscamente el flujo de control del mismo En programación estructurada se considera una mala práctica el uso de las condiciones de salto, ya que, entre otras cosas, restan legibilidad al código Sin embargo, si bien se debe evitar su uso, la mayoría de los lenguajes las incluyen Las sentencias de salto o invocación son: ROMPER (BREAK) CONTINUAR (CONTINUE) IR-A (GO TO) VOLVER (RETURN) LANZAR (THROW) Estructura secuencial La estructura secuencial es aquella en que las acciones (instrucciones) se ejecutan sucesivamente, una a continuación de otra, sin posibilidad de omitir ninguna y sin bifurcaciones Es decir que la acción k no se inicia hasta haber terminado la acción k-1 Acción 1 Acción 2 Acción 3 La representación mediante diagrama de flujo es la siguiente: El pseudocódigo de una estructura secuencial es la siguiente: < acción 1 > < acción 2 > < acción 3 > Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 2

3 Ejemplo: Dado el radio de una circunferencia, se desea obtener su longitud y el área del círculo que determina ALGORITMO LongitudArea VARIABLES REAL: area = 0 // inicializa variables: area y longitud REAL: longitud = 0 LEER radio area = * radio **2 longitud = 2 * (314192) * radio ESCRIBIR radio, area, longitud Inicio radio area = * radio**2 Longitud = 2 * * radio radio, area, longitud Estructuras selectivas Frecuentemente en el diseño de un algoritmo es necesario realizar una acción de acuerdo a si se cumple determinada condición Las estructuras selectivas posibilitan, como resultado de la evaluación de una condición, seleccionar la o las siguientes instrucciones a ejecutar, de entre varias posibilidades o alternativas También pueden ser útiles para evitar la ejecución de un conjunto de sentencias Por ejemplo, si un empleado no cumple con ciertos requisitos, no se le asigna una bonificación Por esta razón las estructuras selectivas reciben también el nombre de estructuras alternativas o de decisión Las estructuras selectivas o alternativas pueden ser: simples: (IF) dobles: - (IF-ELSE) múltiples: SEGÚN-SEA (SWITCH, CASE) La base de este tipo de estructuras es la condición Por esta razón es necesario saber cómo se le indica al ordenador que debe evaluar una condición Las expresiones que lo permiten reciben el nombre de expresiones condicionales, lógicas o booleanas Estas expresiones sólo pueden tomar dos valores: VERDADERO (TRUE) o FALSO (FALSE) Como hemos visto el tema 4, tal como en las expresiones aritméticas, en las expresiones condicionales se pueden comparar variables entre sí o variables con constantes También es posible comparar constantes entre sí, sin embargo esto no es muy útil puesto que si se conocen los dos valores, ya es sabida la relación que existe entre ambas constantes Alternativa Simple La estructura alternativa simple de la forma -ENTONCES (IF-THEN) ejecuta una acción o conjunto de acciones cuando se cumple una determinada condición Como resultado de evaluar la condición, pueden ocurrir dos cosas: que la condición sea verdadera: en cuyo caso se ejecuta la acción preestablecida que la condición sea falsa: ante esta situación no se hace nada La representación mediante diagrama de flujo es la siguiente: Fin Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 3

4 El pseudocódigo de una estructura selectiva simple es la siguiente: <expresión_lógica> ENTONCES < acción 1 > < acción 2 > < > < acción n > IF <expresión_lógica> THEN < acción 1 > < acción 2 < > < acción n > END-IF Formato Pascal: IF (<expresión_lógica> ) THEN BEGIN < bloque_de_instrucciones_1 > END; Cabe resaltar la alineación en esta estructura Nótese que las líneas correspondientes a las acciones se encuentran indentadas o sangradas respecto a las palabras reservadas y Es importante tenerlo en cuenta, dado que facilita la legibilidad del código Ejemplo: Dado el radio de una circunferencia, se desea obtener su longitud y el área del círculo que determina, siempre que el radio sea mayor a 3 Inicio ALGORITMO LongitudArea VARIABLES REAL: area = 0 // inicializa REAL: longitud = 0 LEER radio radio > 3 ENTONCES area = * radio * radio longitud = 2 * (314192) * radio ESCRIBIR radio, area, longitud radio radio > 3 Fin area = * radio**2 Longitud = 2 * * radio radio, area, longitud Obsérvese que los cálculos correspondientes (conjunto de instrucciones), sólo se ejecutan si se cumple la condición, representada por la expresión lógica que incluye un operador matemático Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 4

5 Alternativa Doble La estructura condicional doble permite elegir entre dos opciones o alternativas posibles en función del cumplimiento o no de una determinada condición Se representa de la siguiente forma: Diagrama de Flujo: Condición Tarea a realizar si la condición es falsa Tarea a realizar si la condición es verdadera Pseudocódigo: <expresión_lógica> ENTONCES < bloque_de_instrucciones_1 > < bloque_de_instrucciones_2 > IF <expresión_lógica> THEN < bloque_de_instrucciones_1 > ELSE < bloque_de_instrucciones_2 > END-IF Formato Pascal: IF (<expresión_lógica> ) THEN BEGIN < bloque_de_instrucciones_1 > END ELSE BEGIN < bloque_de_instrucciones_2 > END; A la <expresión_lógica> de una instrucción alternativa doble también se le denomina condición Para que se ejecute el Inicio <bloque_de_instrucciones_1>, la condición tiene que ser verdadera Por el contrario, si la condición es falsa, se ejecutará el <bloque_de_instrucciones_2> radio En resumen, una instrucción alternativa doble (o simplemente alternativa doble) permite seleccionar, por medio de una condición, el siguiente bloque de radio > 3 instrucciones a ejecutar, de entre dos posibles area = * radio**2 Nótese que, como en el caso de la estructura alternativa simple, los bloques de instrucciones se encuentran indentados Fuera de rango respecto a las palabras reservadas, dando Longitud = 2 * * radio mayor claridad al código Ejemplo: Dado el radio de una circunferencia, se desea obtener su longitud y el área del círculo que determina, siempre Fin radio, area, longitud Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág

6 que el radio sea mayor a 3 Caso contrario, muestre en pantalla el mensaje Fuera de rango ALGORITMO LongitudArea VARIABLES REAL: area = 0 REAL: longitud = 0 LEER radio radio > 3 ENTONCES area = * radio * radio longitud = 2 * (314192) * radio ESCRIBIR radio, area, longitud ESCRIBIR Fuera de rango Alternativa Múltiple Con frecuencia al diseñar un algoritmo ocurre que se necesitan más de dos alternativas Si bien esta situación puede resolverse con estructuras alternativas anidadas, como se verá más adelante, esto resta legibilidad al código cuando las alternativas son numerosas, además de ofrecer mayor posibilidad de cometer errores en la codificación La estructura alternativa múltiple es una toma de decisión especializada que permite evaluar una expresión con n posibles resultados, y en base al resultado seleccionar el siguiente bloque de instrucciones a ejecutar, de entre varios posibles Las palabras reservadas (SWITCH, CASE, etc) utilizadas para esta estructura, varía según el lenguaje de programación La representación es la siguiente: expresión <lista de valores-1> <lista de valores-2> - Diagrama de Flujo: bloque de instrucciones-1 bloque de instrucciones-2 bloque de instrucciones-n+1 Pseudocódigo: SEGUN-SEA <expresión> <lista_de_valores_1> : <bloque_de_instrucciones_1> <lista_de_valores_2> : <bloque_de_instrucciones_2> <lista_de_valores_n> : <bloque_de_instrucciones_n> [ : <bloque_de_instrucciones_n+1> ] -SEGUN-SEA Formato Pascal: CASE selector OF <constante1> : <sentencia1>; <constante2> : <sentencia2>; <constanten> : <sentencian> else <sentenciaelse> END; Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 6

7 Dependiendo del valor obtenido al evaluar la expresión, se ejecutará un bloque de instrucciones u otro En las listas de valores se deben escribir los valores que determinan el bloque de instrucciones a ejecutar, teniendo en cuenta que un valor sólo puede aparecer en una lista de valores Opcionalmente, se puede escribir un <bloque_de_instrucciones_n+1> después de : Este bloque de instrucciones se ejecutará en el caso de que el valor obtenido al evaluar la expresión, no se encuentre en ninguna de las listas de valores especificadas Funciona de la siguiente manera: Se busca el valor de la expresión (también conocida como selector) en alguna de las listas de valores Si aparece, entonces se ejecuta la sentencia correspondiente Si no aparece y hay una cláusula ELSE entonces se ejecuta la sentencia que le sigue Si no aparece y no hay ELSE entonces no se hace nada Ejemplo 1: Se quiere diseñar el algoritmo de un programa que pida por teclado el número (dato entero) de un día de la semana, y luego muestre por pantalla el nombre (dato cadena) correspondiente a dicho día Nota: Si el número de día introducido es menor que 1 ó mayor que 7, se mostrará el mensaje: "ERROR: Día incorrecto" En pantalla debe aparecer: Algoritmo propuesto: Inicio Dia Dia? Lunes Martes Miércoles Error: Día Incorrecto Fin Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 7

8 ALGORITMO DiaDeLaSemana VARIABLES ENTERO: dia ESCRIBIR "Introduzca día de la semana: " LEER dia SEGUN_SEA dia 1 : ESCRIBIR "Lunes" 2 : ESCRIBIR "Martes" 3 : ESCRIBIR "Miércoles" 4 : ESCRIBIR "Jueves" : ESCRIBIR "Viernes" 6 : ESCRIBIR "Sábado" 7 : ESCRIBIR "Domingo" : ESCRIBIR "ERROR: Día incorrecto" -SEGUN-SEA Estructuras de decisión anidadas Según lo expresado, las estructuras de decisión simple y doble permiten seleccionar entre dos alternativas posibles Sin embargo, la instrucción -ENTONCES puede ser utilizada también en casos de selección de más de dos alternativas Esto es posible anidando estas instrucciones Es decir, una estructura -ENTONCES puede contener a otra, y esta a su vez a otra La representación en pseudocódigo es la siguiente: <condición_1> ENTONCES < sentencias_1 > <condición_2> ENTONCES < sentencias_2 > <condición_3> ENTONCES < sentencias_3 > IF <condición_1> THEN < sentencias_1 > ELSE IF <condición_2> THEN < sentencias_2 > ELSE IF <condición_3> THEN < sentencias_3 > ELSE END-IF END-IF END-IF Como se puede observar, el anidamiento de instrucciones alternativas permite ir descartando valores hasta llegar al bloque de instrucciones que se debe ejecutar En las instrucciones IF anidadas, las instrucciones ELSE y END-IF se aplican automáticamente a la instrucción IF anterior más próxima A fin de que las estructuras anidadas sean más fáciles de leer, es práctica habitual aplicar sangría al cuerpo de cada una Ejemplo: Un sensor toma (lee) la temperatura ambiente y de acuerdo al rango en que se encuentre, debe emitir un mensaje La escala es la siguiente: Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 8

9 Mayor que 100 Temperatura muy alta Mal funcionamiento Entre 91 y 100 Rango normal Entre 1 y 90 Bajo el rango normal Menor que 0 Muy frío Apague el equipo ALGORITMO Sensor LEER temperatura temperatura > 100 ENTONCES ESCRIBIR Temperatura muy alta Mal funcionamiento temperatura > 90 ENTONCES ESCRIBIR Rango normal temperatura > 0 ENTONCES ESCRIBIR Bajo el rango normal ESCRIBIR Muy frío Apague equipo La sentencia IR-A (go to) Inicio Temperatura Temperatura>100 Temperatura>90 Temperatura>0 Muy frío apague el equipo Fin Temperatura muy alta-mal funcionamiento Rango normal Bajo el rango normal La sentencia GO TO pertenece a un grupo de sentencias conocidas como sentencias de salto (jump) La característica de este grupo es hacer que el flujo de control salte a otra parte del programa Otras sentencias de este grupo son interrumpir o romper (BREAK), continuar (CONTINUE), volver (RETURN), lanzar (THROW) Las dos primeras se utilizan generalmente con sentencias de alternativa múltiple Para retornar de la ejecución de funciones o métodos se usa RETURN La sentencia THROW se utiliza en los lenguajes de programación que poseen mecanismos de manipulación de excepciones, como Java, C++ y C# La sentencia GO TO se utilizaba mucho en los primeros lenguajes de programación porque era la única manera de saltar de una instrucción del programa a otra Esta instrucción consta de una sentencia IR_A y una sentencia asociada con una etiqueta Cuando se ejecuta esta instrucción, se transfiere el control del programa a la etiqueta asociada La representación en pseudocódigo es la siguiente: BEGIN IR_A etiqueta_1 GOTO etiqueta_1 END etiqueta_1: // El flujo salta aquí etiqueta_1: // El flujo salta aquí Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 9

10 El efecto de esta instrucción es transferir sin condiciones el control del programa a la etiqueta especificada Es una de las operaciones más primitivas para traspasar el control de una parte del programa a otra Sin embargo, su uso produce código inconsistente, incompleto o complicado de mantener Justamente por ello en los años 60 y 70, cuando surgió la programación estructurada, la comunidad informática se expresó a favor de otras sentencias de control (IF ó bucles FOR y DO-WHILE) en lugar del GOTO Tal creencia está tan arraigada que el GOTO es muy criticado y desaconsejado por todos los que se dedican a la enseñanza de la programación Una crítica famosa a la sentencia en cuestión es una carta redactada por Edsger Dijkstra 1 llamada "Go To Statement Considered Harmful" (Sentencia Go To Considerada Dañina) En ella Dijkstra argumenta que el uso irrestricto del GOTO debería ser prohibido en lenguajes de alto nivel ya que dificultan el análisis y la verificación de la corrección de los programas Si bien la instrucción GOTO puede parecer útil y muy flexible, es precisamente en esa flexibilidad donde radica su peligro y los motivos de su obsolescencia Si se piensa que cualquier programa minimamente complejo tendrá miles y miles de líneas de código fuente, con millones de flujos de programa posibles diferentes Si se altera dicho flujo con la sentencia GOTO de un modo incontrolado, el código se volverá totalmente caótico, y por tanto muy difícil de controlar, depurar, mejorar o entender, lo que llevará, inevitablemente, a programas de escasa calidad 1 Reconocido investigador de la Burroughs Corporation a principios de los años 70 Entre sus contribuciones a la informática está el algoritmo de caminos mínimos; también conocido como Algoritmo de Dijkstra Recibió el Premio Turing en 1972 Era conocido por su baja opinión de la sentencia GOTO en programación Su principal interés fue la verificación formal de los programas Licenciatura en Sistemas de Información FACENA-UNNE Pág 10