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Programación estructurada

La programación estructurada es un paradigma de programación orientado a mejorar la claridad, calidad y tiempo de desarrollo de un programa de computadora recurriendo únicamente a subrutinas y a tres estructuras de control básicas: secuencia, selección (if y switch) e iteración (bucles for y while); asimismo, se considera innecesario y contraproducente el uso de la transferencia incondicional (GOTO); esta instrucción suele acabar generando el llamado código espagueti, mucho más difícil de seguir y de mantener, además de originar numerosos errores de programación.

 

Algunos ejemplos de la sintaxis utilizada para delimitar bloques en diferentes lenguajes de programación son:

  1. ALGOL 68: Utiliza palabras clave como if y fi para delimitar bloques, por ejemplo:

    bash
  • if condition then statement1; statement2; fi
  • PL/I y Pascal: Utilizan palabras clave como BEGIN y END para delimitar bloques, por ejemplo:

    sql
  • BEGIN statement1; statement2; END
  • Python: Utiliza sangría de espacio en blanco para delimitar bloques, por ejemplo:

    python
  • if condition: statement1 statement2
  • C y muchos lenguajes posteriores: Utilizan llaves {} para delimitar bloques, por ejemplo:

    c
  1. if (condition) { statement1; statement2; }

La consistencia en la delimitación y estructura de los bloques es crucial para la legibilidad y mantenibilidad del código. Los bloques también juegan un papel importante en la determinación del ámbito de las variables y en el control del flujo de ejecución del programa.

 

Elementos


Estructuras de control

Siguiendo el teorema del programa estructurado, todos los programas se ven como compuestos de estructuras de control:

<pre class="wp-block-syntaxhighlighter-code"><strong>Sequence</strong>: declaraciones ordenadas o subrutinas ejecutadas en secuencia.
<strong>Selection</strong>: una o varias instrucciones se ejecutan dependiendo del estado del programa. Esto generalmente se expresa con la palabra clave como if..then..else..endif. La declaración condicional debe tener al menos una condición verdadera y cada condición debe tener un punto de salida como máximo.
<strong>Iteration</strong>: una instrucción o bloque se ejecuta hasta que el programa alcanza un cierto estado, o se han aplicado operaciones a cada elemento de una colección. Esto generalmente se expresa con palabras clave como while, repeat, for o do..until. A menudo, se recomienda que cada bucle solo tenga un punto de entrada (y en la programación estructural original, también solo un punto de salida, y algunos lenguajes lo imponen).
<strong>Recursion</strong>: una declaración se ejecuta llamándose repetidamente a sí misma hasta que se cumplen las condiciones de terminación. Si bien en la práctica son similares a los bucles iterativos, los bucles recursivos pueden ser más eficientes desde el punto de vista computacional y se implementan de manera diferente como una pila en cascada.</pre>

Representación gráfica de los tres patrones básicos (secuencia, selección y repetición) utilizando diagramas NS (azul) y diagramas de flujo (verde).
Subrutinas

Subrutinas son las unidades a las que se puede llamar, como procedimientos, funciones, métodos o subprogramas. Se utilizan para permitir que una sola declaración haga referencia a una secuencia.
BloquesOrígenes de la programación estructurada

A finales de los años 1970 surgió una nueva forma de programar que no solamente permitía desarrollar programas fiables y eficientes, sino que además estos estaban escritos de manera que se facilitaba su comprensión en fases de mejora posteriores.

El teorema del programa estructurado, propuesto por 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 inicial.

Solamente con estas tres estructuras se pueden escribir todos los programas y aplicaciones posibles. Si bien los lenguajes de programación tienen un mayor repertorio de estructuras de control, estas pueden ser construidas mediante las tres básicas citadas.

Historia
Fundamentación teórica

El teorema del programa estructurado proporciona la base teórica de la programación estructurada. Señala que la combinación de las tres estructuras básicas, secuencia, selección e iteración, son suficientes para expresar cualquier función computable. Esta observación no se originó con el movimiento de la programación estructurada. Estas estructuras son suficientes para describir el ciclo de instrucción de una unidad central de procesamiento, así como el funcionamiento de una máquina de Turing. Por lo tanto, un procesador siempre está ejecutando un «programa estructurado» en este sentido, incluso si las instrucciones que lee de la memoria no son parte de un programa estructurado. Sin embargo, los autores usualmente acreditan el resultado a un documento escrito en 1966 por Böhm y Jacopini, posiblemente porque Dijkstra había citado este escrito.4​ El teorema del programa estructurado no responde a cómo escribir y analizar un programa estructurado de manera útil. Estos temas fueron abordados durante la década de 1960 y principio de los años 1970, con importantes contribuciones de Dijkstra, Robert W. Floyd, Tony Hoarey y David Gries.
Debate

P. J. Plauger, uno de los primeros en adoptar la programación estructurada, describió su reacción con el teorema del programa estructurado:

Nosotros los conversos ondeamos esta interesante pizca de noticias bajo las narices de los recalcitrantes programadores de lenguaje ensamblador que mantuvieron trotando adelante retorcidos bits de lógica y diciendo, ‘Te apuesto que no puedes estructurar esto’. Ni la prueba por Böhm y Jacopini, ni nuestros repetidos éxitos en escribir código estructurado, los llevaron un día antes de lo que estaban listos para convencerse.5​

Donald Knuth aceptó el principio de que los programas deben adaptarse con asertividad, pero no estaba de acuerdo (y aún está en desacuerdo)[cita requerida] con la supresión de la sentencia GOTO. En su escrito de 1974 «Programación estructurada con sentencias Goto», dio ejemplos donde creía que un salto directo conduce a código más claro y más eficiente sin sacrificar demostratividad. Knuth propuso una restricción estructural más flexible: debe ser posible establecer un diagrama de flujo del programa con todas las bifurcaciones hacia adelante a la izquierda, todas las bifurcaciones hacia atrás a la derecha, y sin bifurcaciones que se crucen entre sí. Muchos de los expertos en teoría de grafos y compiladores han abogado por permitir solo grafos de flujo reducible[¿quién?][¿cuándo?].

Los teóricos de la programación estructurada se ganaron un aliado importante en la década de 1970 después de que el investigador de IBM Harlan Mills aplicara su interpretación de la teoría de la programación estructurada para el desarrollo de un sistema de indexación para el archivo de investigación del New York Times. El proyecto fue un gran éxito de la ingeniería, y los directivos de otras empresas lo citaron en apoyo de la adopción de la programación estructurada, aunque Dijkstra criticó las maneras en que la interpretación de Mills difería de la obra publicada.

Habría que esperar a 1987 para que la cuestión de la programación estructurada llamara la atención de una revista de ciencia de la computación. Frank Rubin lo hizo en ese año, con el escrito: «¿“La sentencia GOTO considerada dañina” se considera dañina?». A este le siguieron numerosas objeciones, como una respuesta del propio Dijkstra que criticaba duramente a Rubin y las concesiones que otros autores hicieron cuando le respondieron.
Resultado

A finales del siglo XX, casi todos los científicos están convencidos de que es útil aprender y aplicar los conceptos de programación estructurada. Los lenguajes de programación de alto nivel que originalmente carecían de estructuras de programación, como FORTRAN, COBOL y BASIC, ahora las tienen.
Ventajas de la programación estructurada

Entre las ventajas de la programación estructurada sobre el modelo anterior (hoy llamado despectivamente código espagueti), cabe citar las siguientes:

* Los programas son más fáciles de entender, pueden ser leídos de forma secuencial y no hay necesidad de tener que rastrear saltos de líneas (GOTO) dentro de los bloques de código para intentar entender la lógica interna.
* La estructura de los programas es clara, puesto que las instrucciones están más ligadas o relacionadas entre sí.
* Se optimiza el esfuerzo en las fases de pruebas y depuración. El seguimiento de los fallos o errores del programa (debugging), y con él su detección y corrección, se facilita enormemente.
* Se reducen los costos de mantenimiento. Análogamente a la depuración, durante la fase de mantenimiento, modificar o extender los programas resulta más fácil.
* Los programas son más sencillos y más rápidos de confeccionar.
* Se incrementa el rendimiento de los programadores.

2 comentarios en “Programación estructurada

  1. Los bloques se utilizan para permitir que grupos de declaraciones se traten como si fueran una sola declaración. Los lenguajes «estructurados en bloques» tienen una sintaxis para encerrar estructuras de alguna manera formal, como una declaración if entre paréntesis. if..fi como en ALGOL 68, o una sección de código entre corchetes BEGIN..END, como en PL/I y Pascal, sangría de espacio en blanco como en Python, o las llaves {…} de C y muchos lenguajes posteriores.

    1. Exactamente, los bloques son una característica fundamental en la estructura y sintaxis de muchos lenguajes de programación. Permiten agrupar declaraciones y tratárlas como una sola unidad, lo que facilita la organización del código y el control de flujo. Los lenguajes de programación difieren en cómo definen y delimitan los bloques, pero la idea básica es la misma: encapsular un conjunto de instrucciones.

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