1. aussagekräftige Namen verwendet werden,
2. relativ kurze Unterprogramme und Programmteile geschrieben werden,
3. viele Kommentare im Text stehen und
4. jeder Programmteil sauber strukturiert ist (einrücken, siehe später).

Die Punkte 2 und 4 sind Ergebnisse der strukturierten Programmierung; Punkte 1 und 3 stellen ein "ungeschriebenes" Gesetz dar. Lesbarkeit ist Voraussetzung für Wartbarkeit.!

Es ist klar, daß solche Anforderungen besondere Methoden der Programmentwicklung notwendig machen. Die Programmentwicklung beginnt nicht mit der Programmierung, sondern, wie bereits unter Problem und Lösungen (6.html) erwähnt, schon lange vorher, die Programmierung ist eine der letzten Stufen der Programmentwicklung. Zuerst muß das programmtechnisch zu lösende Problem genau analysiert werden. Diese Problemanalyse ist auch wieder in einzelne Phasen unterteilt, die wir im folgenden kurz umreißen wollen. Zuerst wird die gegebene Situation genau untersucht, wobei die Wünsche für die EDV und die Einsatzmöglichkeiten der EDV festgehalten werden (Istanalyse). Ausgehend von der Beschreibung der Probleme wird dann eine Beschreibung der Lösungen für den Anwender und eine Aufgabendefinition für den Hersteller der Software erstellt (Sollkonzept). Nun wird festgestellt, ob es möglich ist, eine derartige Aufgabe überhaupt zu lösen (technische Durchführbarkeit) und ob die gefundenen Lösungen wirtschaftlich sind (ökonomische Durchführbarkeit). Die optimale Lösungsmethode wird vervollständigt (Projektplanung).

Der Aufwand der Vorarbeiten zu einem Programm ist natürlich von der Größe des Projekts abhängig, das Planungsprinzip ist aber auch auf kleine Programme anwendbar. Auf jeden Fall sollten die Aufgabenstellung, die Lösungsmethoden, die Benutzerwünsche, die Qualifikation der Benutzer und die im Rahmen der Problemanalyse zu Tage getretenen Argumente schriftlich fixiert werden.

In diesem Kapitel können wir Sie mit theoretischen Betrachtungen nicht ganz verschonen, aber gerade die in diesem Kapitel unternommenen Betrachtungen sind sehr wichtig für die praktische Programmierarbeit.

Es wurden schon kurz Fehler erwähnt, die sich bei der Erstellung großer Programme einschleichen. Damit Ihnen später nicht das gleiche passiert, wird Ihnen im folgenden Abschnitt gezeigt, wie das Problem und nachher das Programm strukturiert und modularisiert, das heißt in kleinere Teile zerlegt wird. Die Strukturierung wird von C durch das Sprachkonzept unterstützt und gefördert. Im Rahmen der Projektplanung wird die Aufgabe des Programms beschrieben, über die Entwicklung des Programms wollen wir hier sprechen. Anhand eines Beispielprogramms wird demonstriert, wie Sie von der Aufgabenstellung durch schrittweise Verfeinerung des Problems schließlich zu einem fertigen Programm kommen. Die Vorgehensweise -der schrittweisen Verfeinerung- ist immer dieselbe, egal wie groß das Programm wird:

Das Problem wird in einzelne Teilprobleme zerlegt. Dies können Funktionen sein oder aber auch sog. Objekte (Gegenstände). Die Kunst ist es die Zelegung derart intelligent zu gestalten, daß die Teilprobleme möglichst nicht voneinander abhängen (Prinzip der starken lokalen Bindung) und das Teilproblem in sich alleine -ohne Zuhilfenahme der Lösung anderer Teilprobleme der gleichen Zerlegungsstufe- zu lösen ist (Prinzip der möglichst losen Koppelung). Diese so gefundenen Teilprobleme werden weiter zerlegt (verfeinert) bis die einzelnen Verfeinerungsstufen so wenig umfangreich sind, daß sie problemlos programmiert werden können (Top-Down-Design). Diese Methode sichert sauber strukturierte und verifizierbare Programme (später: Objekte), wenn Sie die folgenden Grundregeln beachten.

• Jeder Zerlegungsschritt sollte auf einer, höchstens zwei DIN-A4-Seiten beschrieben werden. Die Beschreibung besteht aus:
  1. den erforderlichen Voraussetzungen
  2. den nachzuprüfenden Anforderungen
  3. der Zerlegung in Teilprobleme
  4. einer algorithmischen Beschreibung des Zusammenhangs der Teilprobleme
• Alle Teilprobleme sollen etwa den gleichen Umfang besitzen.
• Eine klare Gliederung muß den Überblick garantieren. In der folgenden Abbildung ist die Zerlegung in Teilprobleme skizziert. Wie Sie sehen, zeichnet sich eine Struktur von einzelnen Verfeinerungsstufen oder Schichten ab.

  

  Unter einer solchen Schicht können Sie die Beschreibung des Problems in einem bestimmten Abstraktionsgrad verstehen. Sie können sich auch vorstellen, daß auf jeder Schicht ganz bestimmte, abstrakte Grundoperationen existieren. Wenn Sie sich zum Beispiel an den Kreisalgorithmus aus dem ersten Kapitel zurückerinnern, so existiert in einer Schicht die Operation der Multiplikation, in der nächstniedrigeren gibt es die Multiplikation nicht mehr, sondern nur noch die Addition.

  Die Grundoperationen werden von Schicht zu Schicht nach unten einfacher. Sie bewegen sich so von sehr abstrakten und komplexen Konstruktionen zu konkreten Operationen. In der Informatik wird eine Schicht als abstrakte Maschine aufgefaßt, also als ein gedachter Computer, der alle Operationen der entsprechenden Detaillierungsstufe beherrscht. Aus diesem Gedankenkonzept folgt sofort, daß auch die Verfeinerung schichtweise geschehen soll. Eine Schicht sollte daher erst vollständig aufgebaut sein, bevor die nächste Verfeinerung in Angriff genommen wird. Diese Vorgehensweise hat einen sehr wesentlichen Vorzug, denn alle Teilprobleme haben etwa den gleichen Abstraktionsgrad und ungefähr den gleichen Umfang. Es kann also nicht vorkommen, daß Sie sich einerseits um die Optimierung eines Algorithmus bemühen, während Sie in einem anderen Teilproblem noch nach dem Lösungsweg suchen. Oder Sie stellen fest, daß ein Teilproblem der Stufe zwei unlösbar ist, während der Rest bereits völlig fertig ist.

  

Jedes Teilproblem hat einen gewissen Abstraktionsgrad, der für alle Probleme etwa gleich ist. Wenn Sie an die Teilprobleme gewisse Anforderungen stellen, wird die Korrektheit des Entwurfs überprüfbar; man sagt, das Programm ist dann verifizierbar. Die Verifizierbarkeit eines Programms ist wohl die wichtigste Folge der strukturierten Programmierung. Die Beschreibung eines Teilproblems besteht aus

• den benötigten Voraussetzungen
• den abzuliefemden Ergebnissen
• dem Algorithmus zur Lösung des Problems auf der Basis von Grundoperationen und Operationen, die Probleme der nächstniedrigeren Schicht darstellen.

Aus dieser Beschreibung lassen sich dann die Voraussetzungen und Anforderungen für die Probleme der nächsten Schicht definieren.

Ein derart beschriebenes Teilproblem wird Programm-Modul, kurz Modul genannt. Ein Modul hat also Eingänge (die Voraussetzungen), Ausgänge (die Ergebnisse) und eine genau festgelegte Funktion rnit definierten Operationen.

Zum Schluß dieses Abschnitts wollen wir noch einige Bemerkungen zu den "Programming Standards" machen. Das sind Vorschriften und Regeln, an die sich alle an einem Projekt beteiligten Programmierer zu halten haben. Diese Regeln können Länge und Komplexität von Unterprogrammen betreffen, sie können Bezeichnungskonventionen oder Schreibweisen betreffen oder auch Regeln für die Erstellung von Kommentaren sein.

Ein Beispiel für einen einfachen "Programming Standard" wäre: "Ein Unterprogramm soll höchstens eine DIN-A4-Seite umfassen. Namen beginnen mit "K-", falls es sich um Konstante handelt. Zu jedem Unterprogramm wird im Kommentar am Anfang des Unterprogramms der Verfasser, das Herstellungsdatum, die Änderungsdaten und eine genaue Beschreibung der Parameter festgehalten. Jeder Sprung ist ausführlich zu kommentieren."

Solche Regeln dienen der übersichtlichen Gestaltung von Programmen und damit auch wieder der Lesbarkeit. In unseren Beispielen folgen wir auch einem gewissen Standard (wenn auch nicht sklavisch) durch Einrücken der einzelnen Strukturelemente. Diese optische Wiederholung der Programmstruktur bringt eine erhebliche Verbesserung der Übersichtlichkeit und so bessere Lesbarkeit. Grundgedanke bei der Erstellung der Einrückungsregeln war, daß Anweisungen, die von anderen Anweisungen kontrolliert werden, um eine feste Anzahl von Spalten eingerückt werden.

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