Introdu��o � Programa��o Estruturada

Programaç�o Estruturada

No "começo" do uso de computadores o principal custo da computaç�o era o equipamento eletr�nico (hardware). Atualmente a situaç�o se modificou, os computadores est�o cada vez mais r�pidos e baratos e em contrapartida a tecnologia de software n�o apresentou um desenvolvimento compar�vel.

A noç�o da "crise do software" surgiu j� no final dos anos 60 e uma das primeiras e mais conhecidas refer�ncias ao termo foi feita por Edsger W. Dijkstra, em 1972 no Pr�mio Turing da Association for Computing Machinery, no manuscrito intitulado "The Humble Programmer".

Os problemas encontrados nas etapas do processo de desenvolvimento de software começaram a ser observados no final da d�cada de 60 e continuam atormentando a vida dos projetistas at� hoje. A crise se manifesta de v�rias formas, citando: a baixa produtividade dos programadores (projetos ultrapassando os prazos e orçamentos), a falta de uma "metodologia formal" para o desenvolvimento de software e os c�digos de baixa qualidade (programas literalmente sem a possibilidade de serem mantidos). As soluç�es para a crise de software passam principalmente pelo uso de melhores t�cnicas, m�todos e ferramentas.

O hist�rico com o surgimento das linguagens de programaç�o est� intensamente ligado a evoluç�o das tecnologias de hardware e de software. Foi com o aumento da tecnologia e da capacidade dos computadores que problemas mais complexos puderam ser resolvidos pela m�quina.

D�cada de 40, programaç�o f�sica em linguagem de m�quina (conhecimento total do hardare).
D�cada de 50, linguagens de 1� geraç�o, programaç�o l�gica (abstraç�o do hardware), linguagens montadoras como assembler (ainda exigiam conhecimentos do hardware), �nfase em c�lculos matem�ticos. Linguagens: Fortran, List e Algol 58.
D�cada de 60, linguagens de 2� geraç�o, �nfase no processamento de dados (sistemas banc�rios). Linguagens: Fortran, Algol 60, Lisp, Basic e Cobol.
D�cada de 70, linguagens de 3� geraç�o, �nfase na estruturaç�o do c�digo (programaç�o estruturada). Linguagens: PL/1, Fortran, Algol 68, Cobol, Linguagem C, Pascal (ferramenta de aprendizagem de programaç�o) e Simula (primeira linguagem a suportar o conceito de classes).

Como o pr�posito deste artigo � abordar os elementos chaves da programaç�o estruturada destacou-se aqui a evoluç�o das linguagens de programaç�o at� a d�cada de 70.

Relacionado: Qual linguagem voc� usa, usou e por qu�?

Em 1968, Edsger W. Dijkstra, atrav�s do artigo "A Case against the GO TO Statement" critica o uso excessivo do comando de desvio incondicional GOTO nos programas desenvolvidos na �poca. J� em 1972 , novamente Dijkstra, escreve sobre os conceitos da Programaç�o Estruturada no "Cap�tulo I- Notes on Structured Programming" do livro "Structured Programming" publicado juntamente com outros dois autores: Charles Antony Richard Hoare e Ole-Johan Dahl.

Elementos Chaves da Programaç�o Estruturada

A programaç�o estruturada � uma forma de programaç�o de computadores que estabelece uma disciplina de desenvolvimento de algoritmos, independentemente da sua complexidade e da linguagem de programaç�o na qual ser� codificado, que facilita a compreens�o da soluç�o atrav�s de um n�mero restrito de mecanismos de codificaç�o.

1) Estruturas b�sicas de controle: sequ�ncia, condiç�o e repetiç�o.

S�o formas de racioc�nio intuitivamente �bvias. A legibilidade e compreens�o de cada bloco de c�digo na soluç�o � enormemente incrementada, proibindo o uso irrestrito de comandos de desvio incondicional (GOTO).

2) Subprogramaç�o (ou modularizaç�o).

� medida que os programas v�o se tornando maiores e mais complexos, � poss�vel simplificar e melhorar a clareza dividindo o programa em partes menores, chamadas subprogramas.

Um subprograma, � um nome dado a um trecho de um programa mais complexo e que, em geral, encerra em si pr�prio um pedaço da soluç�o de um problema maior (o programa a que ele est� subordinado). S�o sin�nimos usados na engenharia de software para o conceito de subprograma: procedimento, funç�o, m�dulo (estrutura modular), m�todos (orientaç�o a objetos) e subrotina.

Confira: Programaç�o: O que � Algoritmo?

Na programaç�o estruturada o "m�todo dos refinamentos sucessivos" � uma "sistem�tica" de abordagem �til no projeto detalhado e na implementaç�o de softwares. Partindo-se de um dado problema, para qual se deseja encontrar um programa de soluç�o, deve-se procurar subdividi-lo em problemas menores e consequentemente de soluç�o mais simples (dividir para conquistar). Alguns destes problemas menores (subproblemas) ter�o soluç�o imediata (na forma de um subprograma) e outros n�o. Os subproblemas para os quais n�o for poss�vel encontrar uma soluç�o direta devem ser novamente subdivididos. Assim, o processo � repetido at� que se consiga encontrar um subprograma para solucionar cada um dos subproblemas definidos. Ent�o, o programa de soluç�o do problema original ser� composto pela justaposiç�o dos subprogramas usados para solucionar cada um dos subproblemas em que o problema original foi decomposto.

Com a subdivis�o de programas complexos algumas vantagens s�o conquistadas: a) cada parte menor tem um c�digo mais simples; b) facilita o entendimento uma vez que os subprogramas podem ser analisados como partes independentes (legibilidade); c) c�digos menores s�o mais facilmente modific�veis para satisfazer novos requisitos do usu�rio e para correç�o de erros (manutenibilidade); d) simplificaç�o da documentaç�o de sistemas; e) desenvolvimento de software por equipes de programadores; e, f) reutilizaç�o de subprogramas atrav�s de bibliotecas de subprogramas, na linguagem C, sob a forma dos arquivos de cabeçalhos (.h).

A principal quest�o � a "reutilizaç�o de software" objetivando a economia de tempo e trabalho (benef�cios t�cnicos que trazem vantagens financeiras). Um conjunto de subprogramas destinado a solucionar uma s�rie de tarefas bastante corriqueiras � desenvolvido e vai sendo aumentado com o passar do tempo, com o acr�scimo de novos subprogramas. A este conjunto d�-se o nome de biblioteca. No desenvolvimento de novos sistemas, procura-se ao m�ximo basear sua concepç�o em subprogramas j� existentes na biblioteca, de modo que a quantidade de software realmente novo que deve ser desenvolvido � minimizada.

3) Tipos Abstratos de Dados.

Segundo o Prof. Nivio Ziviani, um Tipo Abstrato de Dados (TAD) pode ser visto como um modelo matem�tico, acompanhado das operaç�es definidas sobre o modelo. O conjunto dos inteiros acompanhado das operaç�es de adiç�o, subtraç�o e multiplicaç�o forma um exemplo de um TAD.

Ainda segundo Ziviani, os TAD podem ser considerados generalizaç�es de tipos primitivos de dados, da mesma forma que procedimentos s�o generalizaç�es de operaç�es primitivas tais como adiç�o, subtraç�o e multiplicaç�o. Assim como um procedimento � usado para encapsular partes de um programa, o tipo abstrato de dados pode ser usado para encapsular tipos de dados.

Neste caso a definiç�o do tipo de dados e todas as operaç�es definidas sobre ele podem ser localizadas em uma �nica seç�o do programa (na Linguagem C, por exemplo, em um arquivo de cabeçalhos).

Em resumo as principais caracter�sticas da Programaç�o Estruturada s�o:

decomposiç�o gradativa dos programas ao n�vel fundamental (m�todo dos refinamentos sucessivos, desenvolvimento top-down).
programaç�o orientada a procedimentos: subprogramas = blocos estruturados de c�digos (procedimentos, funç�es ou m�dulos); a comunicaç�o entre os blocos se faz utilizando vari�veis globais e pela passagem de dados atrav�s de par�metros; os dados s�o processados nos blocos e migram de um bloco para outro, como mostra a Figura 1, atrav�s de vari�veis globais, par�metros passados por refer�ncia e express�o retornada pela funç�o (atrav�s do comando return na linguagem C); a execuç�o de um programa � caracterizada pelo acionamento de um bloco de c�digo. Obs.: a utilizaç�o de vari�veis globais n�o constitui uma boa pr�tica de programaç�o (escopo muito grande).
tipo abstrato de dados = modelo matem�tico + operaç�es.

Figura 1: Programaç�o Estruturada (programaç�o orientada a procedimentos).

Nota: Os c�digos, apresentados nas Listagens 1 e 2, abordando os elementos chave da programaç�o estruturada foram implementados em Linguagem C usando o ambiente de programaç�o" Code::Blocks 8.02".

A Listagem 1 apresenta o arquivo de cabeçalhos, salvo com o nome data.h, com a implementaç�o de um tipo abstrato de dados para operaç�es com valores do tipo data (data de nascimento, por exemplo). Inicialmente foi declarado um tipo de dados registro (struct) denominado de rgData com os campos dia, mes e ano. A seguir foram codificadas as operaç�es atrav�s de tr�s subprogramas: a) dataNova: retorna uma data criada a partir dos valores recebidos atrav�s dos par�metros "d", "m" e "a"; b) dataHoje: retorna a data do sistema operacional; e, c) calculaIdade: calcula e retorna a idade de uma pessoa usando a data de nascimento recebida pelo par�metro dt.

Listagem 1: Tipo Abstrato de Dados (arquivo data.h).


// TIPO ABSTRATO DE DADOS = MODELO MATEM�TICO + OPERAÇ�ES

#include "time.h"

// Modelo matem�tico (tipo de dados)
struct rgData {
  int dia;
  int mes;
  int ano;
};

// Conjunto de operaç�es
// retorna uma data criada com os valores dos par�metros
struct rgData dataNova(int d, int m, int a) {
  struct rgData dt;

  dt.dia = d;
  dt.mes = m;
  dt.ano = a;

  return(dt);
}

// retorna uma data criada a partir da data do sistema operacional
struct rgData dataHoje(void) {
  struct rgData dt;

  time_t tempo;
  struct tm *hj;
  tempo = time(NULL); // obtem o tempo corrente
  hj = localtime(&tempo); // obtem a data do sistema operacional
  dt.dia = hj->tm_mday;
  dt.mes = hj->tm_mon + 1;
  dt.ano = hj->tm_year + 1900;

  return(dt);
}

int calculaIdade(struct rgData dt) {
  struct rgData hj = dataHoje();

  int id = hj.ano - dt.ano;
  if ((hj.mes < dt.mes) || ((hj.mes == dt.mes) && (hj.dia < dt.dia))) {
     id = id - 1; // ainda n�o fez anivers�rio no ano
  }

  return(id);
}

O programa principal (main) apresentado na Listagem 2 utiliza o tipo abstrado de dados descrito na Listagem 1 incluindo o arquivo de cabeçalhos "data.h" atrav�s da instruç�o #include data.h. As vari�veis dt e hj declaradas a partir do tipo de dados rgData s�o utilizadas para receber a data de nascimento de uma pessoa na entrada de dados (scanf("%d/%d/%d", &dt.dia, &dt.mes, &dt.ano);) e a data do sistema operacional (hj = dataHoje();), respectivamente. Finalizando o programa, atrav�s de comandos de sa�da (printf) s�o exibidos para o usu�rio final a data atual e a idade, valor definido pela chamada da funç�o calculaIdade(dt).

Listagem 2: Utilizando o Tipo Abstrato de Dados definido no arquivo data.h


#include "stdio.h"
#include "data.h" // inclui o Tipo Abstrato de Dados

int main() {
  struct rgData dt, hj;

  printf("Informe a sua data de nascimento (dd/mm/aaaa):\n");
  scanf("%d/%d/%d", &dt.dia, &dt.mes, &dt.ano);

  hj = dataHoje(); // recebe a data do sistema operacional

  printf("\nHoje eh dia %.2d/%.2d/%d.\n", hj.dia, hj.mes, hj.ano);

  printf("\nSua idade eh igual a %d anos.\n", calculaIdade(dt));
}

Ao executar a aplicaç�o o resultado apresentado na Figura 2 poder� ser exibido.

Figura 2: Executando a aplicaç�o

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