Programmierung, Algorithmen und Techniken von Thomas Ohlhauser

Programmierung, Algorithmen
und Techniken
von
Thomas Ohlhauser

1. Begriff Programmierung
Entwicklung von Programmen inklusive der dabei verwendeten
Methoden und Denkweisen.
Ein Programm ist eine eine Zusammensetzung von Algorithmen,
die in einer Programmiersprache formuliert werden.
Algorithmus ist ein Verfahren, das durch eine Folge von
Anweisungen, die nacheinander schrittweise abgearbeitet werden,
ein Problem löst.

2. Vom Problem zum Programm
Gründe für die Softwarekrise Ende der 70er Jahre:
• Programme taten nicht, was sie tun sollten,
• oder taten es fehlerhaft,
• ein Großteil der Entwicklungen wurde nicht fertig,
• kostete ein Vielfaches dessen, was geplant war.
• Termine wurden nicht eingehalten.
• Nachträgliche Änderungen von Programmen waren nahezu
• unmöglich.

Vom Problem zum Programm
Deshalb wurde der Versuch unternommen, Verfahren zu
entwickeln, um Softwareentwicklung mit ingenieurmäßigen
Methoden zu betreiben.
Dieser Bereich der Informatik heißt daher auch Software
Engineering.
Es entstand ein systematisches Modell, das den
Entwicklungsprozess von Software in fünf Abschnitte, Phasen,
zerlegt:

3. Vorgehensmodell der Systementwicklung
Problemanalyse und Produktdefinition
Entwurf
Codierung
Test
Einsatz und Wartung

Phase Problemanalyse und Produktdefinition
Problemanalyse:
Produktanforderungen werden ermittelt
Durchführbarkeitsstudie wird erstellt
Kosten-/Nutzen-Analyse wird durchgeführt
Produktdefinition (Anforderungsdefinition, Pflichtenheft):
Leistungsumfang wird genau beschrieben
Vertragsbasis zwischen Auftraggeber und -nehmer
entsprechend erfolgt die Endabnahme nach den hier
festgelegten Vorgaben
Funktionsumfang, Leistungsverhalten
Benutzerschnittstelle
Dokumentationsrichtlinien
Terminplanung

Phase Entwurf
Auf der Grundlage der Produktdefinition wird die Struktur des
Softwaresystems, die Systemarchitektur, festgelegt. Dazu gehören
unter Anderem:
Zerlegung der Gesamtaufgabe in kleinere, sachlich
fassbare Teilbereiche
Beschreibung der einzelnen Komponenten und ihres
Zusammenwirkens
Der Entwurf bestimmt im Wesentlichen die Qualität des
Gesamtsystems.

Phase Codierung
Die einzelnen Komponenten des Entwurfs werden in
einer Programmiersprache implementiert. Es entsteht
eine Sammlung von Programmen.

Phase Test
Innerhalb dieser Phase werden zunächst die einzelnen
Komponenten getestet (Komponententest).
Anschließend wird das Zusammenspiel der einzelnen
Komponenten getestet (Integrationstest).
Schließlich erfolgt der Test des gesamten Programmes
(Systemtest).

Qualität eines Programmes
Die Qualität eines Programmes wird im Allgemeinen anhand
folgender Kriterien gemessen:
• Benutzerfreundlichkeit
• Zuverlässigkeit
• Wartbarkeit
• Anpassbarkeit, Änderbarkeit, Erweiterbarkeit
• Wiederverwendbarkeit
• Portabilität
• Ergonomie

4. Dokumentation
Während Software bisher vornehmlich als ausführbares Programm
gesehen wurde, wird Software mehr und mehr als Einheit aus
ausführbaren Programmen, zugehörigen Daten und Sammlung von
Dokumenten betrachtet. Dies beruht vor allem darauf, dass
Dokumente sowohl während der Entwicklung als auch später im
Einsatz der Software eine bedeutende Rolle spielen. Hier können
beispielsweise dokumentierte Absprachen zwischen Auftragnehmer
und Auftraggeber, die Dokumentation des Entwicklungsprozesses,
wie Planungsdokumente und Spezifikationen, die Dokumentation
der Phasen, vor allem des Entwurfs, der Implementierung und der
Tests sowie Dokumentationen für den Benutzer genannt werden.

5. Grafische Darstellung von
Programmabläufen
So wie für jeden Hausbau ein Plan erforderlich ist, der
Details über Ausmaße, Fenster, Türen, Kamin usw. enthält
und Auskunft über den „logischen“ Aufbau des Hauses gibt,
so muss auch einem Programm ein Plan zu Grunde liegen.

Programmablaufpläne haben das Ziel, die Logik, die hinter einem
Programm steckt, anschaulich (graphisch) darzustellen. Diese
graphische Darstellung dient dem Programmierer
• als Grundlage für die Programmierung
• als Dokumentation
Vergleichbar mit einem Haus dient der Plan
• dem Maurer als Grundlage für die Position der Fenster
• dem Eigentümer, um später eventuelle Änderungen (z.B.
Ausbau des Dachgeschosses) vornehmen zu können.
Für die Darstellung von Programmabläufen sind in der Praxis 2
Darstellungsformen üblich:
• der Programmablaufplan nach DIN 66001 (PAP)
• das Struktogramm nach Nassi-Shneiderman (DIN 66261)

6. PAP und NSD
6.1. Anweisungen
Als Anweisungen können alle Befehle einer Programmiersprache bezeichnet werden die
nicht den Charakter einer Schleife (Iteration) oder eine Auswahl hat. In einer einfachen
Programmiersprache sehen Anweisungen so aus:
Private Sub tmrUhr_Timer()
lblSekunden.Caption = Format(DateDiff("s", Now, "1.01.2000"), "#,###")
lblMinuten.Caption = Format(DateDiff("n", Now, "1.01.2000"), "#,###")
lblStunden.Caption = Format(DateDiff("h", Now, "1.01.2000"), "#,###")
lblTage.Caption = Format(DateDiff("d", Now, "1.01.2000"), "#,###")
lblWochen.Caption = Format(DateDiff("ww", Now, "1.01.2000"), "#,###")
lblMonate.Caption = Format(DateDiff("m", Now, "1.01.2000"), "#,###")
lblJahre.Caption = Format(DateDiff("yyyy", Now, "1.01.2000"), "#,###")
End Sub
Die Anweisungen eines Programmes werden nun im PAP und im NSD mit Hilfe von
Rechtecken dargestellt. Innerhalb der Rechtecke wird eine Beschreibung oder die
Anweisung selbst eingetragen. Die Anweisungen werden in der Reihenfolge A1 , A2 ,
A3, ...An ausgeführt.

PAP
(bzw. untereinander)
NSD

6.2. Auswahl (IF und IF / THEN / ELSE)
Innerhalb eines Programmes ist es oft notwendig, eine oder mehrere Anweisungen nur
unter einer bestimmten Bedingung - beispielsweise auf Grund einer Benutzereingabe -
auszuführen. Man drückt dies in den meisten Programmiersprachen durch eine «IF-
Anweisung» aus.
Private Sub Cmdentscheide_Click()
If optm = True Then
lblErgebnis.Caption = "Es wurde männlich gewählt"
Else
lblErgebnis.Caption = "Es wurde weiblich gewählt"
End If
End Sub

PAP NSD
Diese Darstellungen sind wie folgt zu interpretieren: Falls die Bedingung C zutrifft
(wahr ist), wird die Anweisung A ausgeführt, sonst wird mit der nächsten Anweisung
weitergefahren. In dieser Darstellung ist - im Gegensatz zum kleinen Programmbeispiel
- noch keine ELSE-Verzweigung vorhaden.

Ist im Programmcode zusätzlich eine ELSE-Verzweigung so wird die Darstellung
entsprechend erweitert:
IF / THEN / ELSE in einem PAP
IF / THEN / ELSE in einem Nassi-
Shneiderman-Diagramm
Interpretation: Falls die Bedingung C zutrifft (wahr ist), wird die Anweisung A1 , sonst
die Anweisung A2 ausgeführt

6.3. Auswahl (CASE)
Eine weitere - sehr nützliche - Auswahl-Version ist die bedingte Anweisung mit
mehreren Ausgängen. Diese wird «CASE-Anweisung» genannt. Das Beispiel für die
CASE-Anweisung in einem VBASIC-Dialekt:
Private Sub cmdBerechnen_Click()
Dim Anzahl As Integer
Dim Kosten As Currency
Anzahl = Val(txtAnzahl.Text)
Select Case Anzahl
Case Is < 7
Kosten = 0
Case 8 To 17
Kosten = (Anzahl - 6) * 0.75
Case Else
Kosten = (Anzahl - 16) * 0.35 + 3
End Select
If chkOnline.Value Then
Kosten = Kosten * 0.35
End If
lblKosten.Caption = Format(Kosten, "0.00") & " DM"
End Sub

Die Darstellung dieser CASE-Auswahl in grafischer Form
(PAP und Struktogramm):

6.4. Wiederholungen (Do While...Loop)
Die erste Art ist eine Wiederholung, die solange ausgeführt wird, solange eine Bedingung (C)
gegeben ist, man nennt diese Anweisung eine "WHILE-Anweisung". Bedingung C wird vor dem
Schleifeneintritt geprüft.
Private Sub Form_Load ( )
x=2
Do While x < 1000
MsgBox (x)
x = 2 * x
Loop
End
End Sub

6.5. Do .....Loop While / Until
Eine ähnliche Wiederholungs-Struktur ist die «Do....Loop While-Schleife». Der Unterschied zur
Do WHILE...Loop - Anweisung besteht darin, dass die Bedingung C immer nach (anstatt vor)
Ausführung der Anweisung A geprüft wird. Die Anweisung A wird also mindestens einmal
ausgeführt.
Private Sub Form_Load()
x = 2
Do
MsgBox (x)
x = 2 * x
Loop Until x >= 1000
End

6.6. Wiederholungen (FOR)
Wiederholungen (FOR)
Als letze Form der Wiederholungen-Strukturen gibt es noch die FOR-Iteration, bei der eine
bekannte Anzahl ausgeführt wird. Eine einheitliche, normierte Darstellung der FOR-Anweisung in
einem Flowchart-Diagramm ist nicht bekannt.
Bsp: 200 mal wird der Sinus einer Zahl berechnet!
Public Sub cmdzähle_click ()
Dim zahl As Long
For i = 1 To anz * 200
zahl = Sin (12.3456789)
Next i
End Sub
Eine interne Kontrollvariable (i) schreitet im Intervall [a, b] voran. Ein optionaler Parameter
bestimmt die Schrittweite, die ohne Angabe gleich 1 gesetzt wird. Solange die Kontrollvariable im
Intervall [a, b] ist, wird die Anweisung A ausgeführt und die Kontrollvariable um die Schrittweite
erhöht.

6.7. Unterprogramme (Sub-Prozeduren)
Häufig werden in Programmen bestimmte Folgen von Anweisungen mehrmals an verschiedenen
Stellen verwendet. Diese Folge wird als Prozedur oder Funktion aus dem Hauptprogramm
genommen und als eigenständiges Unterprogramm implementiert, das dann vom Hautprogramm
aus aufgerufen wird.
Private Sub cmdEnde_Click
End
End Sub
A
PAP Struktogramm