Υποπρογράμματα
Τμηματικός Προγραμματισμός

Η επίλυση ενός προβλήματος διευκολύνεται με τη διαίρεσή του σε μικρότερα υποπροβλήματα. Η επίλυση των υποπροβλημάτων αυτών οδηγεί στην επίλυση του αρχικού προβλήματος. Ο τμηματικός προγραμματισμός, η διαίρεση δηλαδή ενός προγράμματος σε υποπρογράμματα υλοποιεί αυτήν την ιδέα στον προγραμματισμό. Σε αυτό το κεφάλαιο ασχολούμαστε με τις αρχές του τμηματικού προγραμματισμού, τα είδη των υποπρογραμμάτων που υποστηρίζει η ΓΛΩΣΣΑ, τις διαδικασίες και τις συναρτήσεις καθώς και τον τρόπο που τα υποπρογράμματα αυτά επικοινωνούν μεταξύ τους.

Τα βασικά κομμάτια θεωρίας του κεφαλαίου με τα υποπρογράμματα είναι, η ανάλυση προγράμματος σε απλά υποπρογράμματα διαδικασίας ή συνάρτησης, η επιλογή της σωστής χρήσης διαδικασίας ή συνάρτησης για την υλοποίηση ενός υποπρογράμματος. Τέλος πολύ σημαντικό κομμάτι είναι η γνώση της εμβέλειας των παραμέτρων των υποπρογραμμάτων στον τμηματικό προγραμματισμό.

Τμηματικός Προγραμματισμός

Ο καλύτερος τρόπος για να αντιμετωπισθούν σύνθετα προβλήματα και να γραφούν τα αντίστοιχα προγράμματα, είναι η ιεραρχική προσέγγιση, η ανάπτυξη του προγράμματος από επάνω προς τα κάτω. Κάθε πρόβλημα διαιρείται σε μικρότερα επιμέρους προβλήματα και κάθε ένα από αυτά τα προγράμματα διαιρείται σε ακόμα απλούστερα και μικρότερα. Στο τέλος τα επιμέρους υποπροβλήματα είναι αρκετά απλά, ώστε οι αντίστοιχοι αλγόριθμοι και τα αντίστοιχα τμήματα προγράμματος να μπορούν να σχεδιασθούν και να γραφούν εύκολα. Ο τελικός αλγόριθμος του προβλήματος ανάγεται σε πολλούς απλούστερους επιμέρους αλγορίθμους και το τελικό πρόγραμμα σε πολλά απλούστερα τμήματα προγράμματος.

Η τεχνική του τμηματικού προγραμματισμού είναι ένα από τα βασικότερα συστατικά του δομημένου προγραμματισμού, ο οποίος εξασφαλίζει σε μεγάλο βαθμό την επιτυχή και εύκολη δημιουργία σωστών προγραμμάτων. Τμηματικός προγραμματισμός ονομάζεται η τεχνική σχεδίασης και ανάπτυξης των προγραμμάτων ως ένα σύνολο από απλούστερα τμήματα προγραμμάτων.

Χαρακτηριστικά των υποπρογραμμάτων

Ο χωρισμός ενός προγράμματος σε υποπρογράμματα προϋποθέτει την ανάλυση του αρχικού προβλήματος σε μικρότερα υποπροβλήματα, τα οποία να μπορούν να αντιμετωπισθούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Υπάρχουν πάντως τρεις ιδιότητες που πρέπει να διακρίνουν τα υποπρογράμματα:

1) Κάθε υποπρόγραμμα έχει μόνο μία είσοδο και μία έξοδο. Στην πραγματικότητα κάθε υποπρόγραμμα ενεργοποιείται με την είσοδο σε αυτό που γίνεται πάντοτε από την αρχή του, εκτελεί ορισμένες ενέργειες, και απενεργοποιείται με την έξοδο από αυτό που γίνεται πάντοτε από το τέλος του.
2) Κάθε υποπρόγραμμα πρέπει να είναι ανεξάρτητο από τα άλλα. Αυτό σημαίνει ότι κάθε υποπρόγραμμα μπορεί να σχεδιαστεί, να αναπτυχθεί και να συντηρηθεί αυτόνομα χωρίς να επηρεαστούν άλλα υποπρογράμματα.
3) Κάθε υποπρόγραμμα πρέπει να μην είναι πολύ μεγάλο. Η έννοια του μεγάλου προγράμματος είναι υποκειμενική, αλλά πρέπει κάθε υποπρόγραμμα να είναι τόσο, ώστε να είναι εύκολα κατανοητό για να μπορεί να ελέγχεται.

Πλεονεκτήματα του τμηματικού προγραμματισμού

Η χρήση υποπρογραμμάτων σε ένα πρόγραμμα παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα, η σωστή χρήση του τμηματικού προγραμματισμού, δηλαδή ο σωστός χωρισμός ενός σύνθετου προγράμματος σε υποπρογράμματα εξασφαλίζει τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά του σωστού προγραμματισμού:

1) Διευκολύνει την ανάπτυξη του αλγορίθμου και του αντιστοίχου προγράμματος. Επιτρέπει την εξέταση και την επίλυση απλών προβλημάτων και όχι στην αντιμετώπιση του συνολικού προβλήματος.
2) Διευκολύνει την κατανόηση και διόρθωση του προγράμματος. Ο χωρισμός του προγράμματος σε μικρότερα αυτοτελή τμήματα επιτρέπει τη γρήγορη διόρθωση ενός συγκεκριμένου τμήματος του χωρίς οι αλλαγές αυτές να επηρεάσουν όλο το υπόλοιπο πρόγραμμα.
3) Απαιτεί λιγότερο χρόνο και προσπάθεια στη συγγραφή του προγράμματος. Πολύ συχνά χρειάζεται η ίδια λειτουργία σε διαφορετικά σημεία ενός προγράμματος.
4) Επεκτείνει τις δυνατότητες των γλωσσών προγραμματισμού. Ένα υποπρόγραμμα που έχει γραφεί μπορεί να χρησιμοποιηθεί πολύ εύκολα και σε άλλα προγράμματα.

Παράμετροι

Τα υποπρογράμματα ενεργοποιούνται από κάποιο άλλο πρόγραμμα ή υποπρόγραμμα για να εκτελέσουν συγκεκριμένες λειτουργίες.
Κάθε υποπρόγραμμα για να ενεργοποιηθεί, καλείται από ένα άλλο υποπρόγραμμα ή το αρχικό πρόγραμμα, το οποίο ονομάζεται κύριο πρόγραμμα. Το υποπρόγραμμα είναι αυτόνομο και ανεξάρτητο τμήμα προγράμματος, αλλά συχνά πρέπει να επικοινωνεί με το υπόλοιπο πρόγραμμα. Συνήθως δέχεται τιμές από το τμήμα προγράμματος που το καλεί και μετά την εκτέλεση επιστρέφει σε αυτό νέες τιμές, αποτελέσματα.
Οι τιμές αυτές που περνούν από το ένα υποπρόγραμμα στο άλλο λέγονται παράμετροι. Οι παράμετροι λοιπόν είναι σαν τις κοινές μεταβλητές ενός προγράμματος με μία ουσιώδη διαφορά, χρησιμοποιούνται για να περνούν τιμές στα υποπρογράμματα. Μία παράμετρος είναι μία μεταβλητή που επιτρέπει το πέρασμα της τιμής της από ένα τμήμα προγράμματος σε ένα άλλο.

Η λίστα των τυπικών παραμέτρων καθορίζει τις παραμέτρους στη δήλωση του υποπρογράμματος. Η λίστα των πραγματικών παραμέτρων καθορίζει τις παραμέτρους στην κλήση του υποπρογράμματος. Μερικές γλώσσες προγραμματισμού ονομάζουν ορίσματα τις τυπικές παραμέτρους και απλά παραμέτρους τις πραγματικές παραμέτρους.
1) Ο αριθμός των πραγματικών και των τυπικών παραμέτρων πρέπει να είναι ίδιος.
2) Κάθε πραγματική παράμετρος αντιστοιχεί στην τυπική παράμετρο που βρίσκεται στην αντίστοιχη θέση.
3) Η τυπική παράμετρος και η αντίστοιχή της πραγματική πρέπει να είναι του ιδίου τύπου.

Διαδικασίες και συναρτήσεις

Υπάρχουν δύο ειδών υποπρογράμματα, οι διαδικασίες και οι συναρτήσεις. Το είδος κάθε υποπρογράμματος καθορίζεται από το είδος της λειτουργίας που καλείται να επιτελέσει.

Η συνάρτηση είναι ένας τύπος υποπρογράμματος που υπολογίζει και επιστρέφει μόνο μία τιμή με το όνομά της.

Η διαδικασία είναι ένας τύπος υποπρογράμματος που μπορεί να εκτελεί όλες τις λειτουργίες ενός προγράμματος.

Οι διαδικασίες μπορούν να εκτελέσουν οποιαδήποτε λειτουργία από αυτές που μπορεί να εκτελέσει ένα πρόγραμμα. Να εισάγουν δεδομένα, να εκτελέσουν υπολογισμούς, να μεταβάλλουν τις τιμές των μεταβλητών και να τυπώσουν αποτελέσματα. Με τη χρήση των παραμέτρων αυτές τις τιμές μπορούν να τις μεταφέρουν και στα άλλα υποπρογράμματα.

Αντίθετα η λειτουργία των συναρτήσεων είναι πιο περιορισμένη. Οι συναρτήσεις υπολογίζουν μόνο μία τιμή, αριθμητική, χαρακτήρα ή λογική και μόνο αυτήν επιστρέφουν στο υποπρόγραμμα που την κάλεσε. Ο τρόπος κλήσης καθώς και ο τρόπος σύνταξης των δύο αυτών τύπων των υποπρογραμμάτων είναι διαφορετικός. Τόσο οι συναρτήσεις όσο και οι διαδικασίες τοποθετούνται μετά το τέλος του κυρίου προγράμματος. Οι συναρτήσεις εκτελούνται απλά με την εμφάνιση του ονόματος τους σε οποιαδήποτε έκφραση, ενώ για να εκτελεστούν οι διαδικασίες χρησιμοποιείται η ειδική εντολή ΚΑΛΕΣΕ και το όνομα της διαδικασίας.

Ορισμός και κλήση συναρτήσεων

Κάθε συνάρτηση έχει την ακόλουθη δομή.

ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ όνομα (λίστα παραμέτρων):τύπος συνάρτησης
Τμήμα δηλώσεων
ΑΡΧΗ….
όνομα <- έκφραση ….
ΤΕΛΟΣ_ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ
Το όνομα της συνάρτησης είναι οποιοδήποτε έγκυρο όνομα της ΓΛΩΣΣΑΣ. Η λίστα παραμέτρων είναι μια λίστα μεταβλητών, των οποίων οι τιμές μεταβιβάζονται στη συνάρτηση κατά την κλήση. Οι συναρτήσεις μπορούν να επιστρέφουν τιμές όλων των τύπων δεδομένων που υποστηρίζει η γλώσσα. Μια συνάρτηση λοιπόν μπορεί να είναι ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ, ΑΚΕΡΑΙΑ, ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ, ΛΟΓΙΚΗ.

Ορισμός και κλήση διαδικασιών

Κάθε διαδικασία έχει την ακόλουθη δομή.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Όνομα (λίστα παραμέτρων)
Τμήμα δηλώσεων
ΑΡΧΗ
εντολές
ΤΕΛΟΣ_ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ
Το όνομα της διαδικασίας είναι οποιοδήποτε έγκυρο όνομα της ΓΛΩΣΣΑΣ. Η λίστα παραμέτρων είναι μια λίστα μεταβλητών, των οποίων οι τιμές μεταβιβάζονται προς τη διαδικασία κατά την κλήση και επιστρέφονται στο κύριο πρόγραμμα μετά το τέλος της διαδικασίας. Στο σώμα της διαδικασίας μπορούν να υπάρχουν οποιεσδήποτε εντολές της γλώσσας. Κάθε διαδικασία εκτελείται όταν καλείται από το κύριο πρόγραμμα ή άλλη διαδικασία. Η κλήση σε διαδικασία πραγματοποιείται με την εντολή ΚΑΛΕΣΕ, που ακολουθείται από το όνομα της διαδικασίας συνοδευόμενο μέσα σε παρενθέσεις με τη λίστα παραμέτρων.

Εμβέλεια μεταβλητών-σταθερών:

Κάθε κύριο πρόγραμμα όπως και κάθε υποπρόγραμμα περιλαμβάνει τις δικές του μεταβλητές και σταθερές. Οι μεταβλητές αυτές στη ΓΛΩΣΣΑ είναι γνωστές στο αντίστοιχο υποπρόγραμμα που δηλώνονται και μόνο σε αυτό. Όλες οι μεταβλητές (και οι σταθερές) είναι τοπικές στο συγκεκριμένο τμήμα προγράμματος. Ο μόνος τρόπος για να περάσει μία τιμή από ένα υποπρόγραμμα σε ένα άλλο ή από το κυρίως πρόγραμμα σε ένα υποπρόγραμμα είναι διαμέσου των παραμέτρων κατά το στάδιο της κλήσης του υποπρογράμματος και μετά το τέλος της εκτέλεσης του υποπρογράμματος.

Το τμήμα του προγράμματος που ισχύουν οι μεταβλητές λέγεται εμβέλεια μεταβλητών. Πολλές γλώσσες προγραμματισμού επιτρέπουν τη χρήση των μεταβλητών και των σταθερών, όχι μόνο στο τμήμα προγράμματος που δηλώνονται, αλλά και σε άλλα ή ακόμη και σε όλα τα υπόλοιπα υποπρογράμματα. Αυτό που καθορίζει την περιοχή που ισχύουν οι μεταβλητές και οι σταθερές είναι η εμβέλεια των μεταβλητών της γλώσσας.

Απεριόριστη εμβέλεια

Σύμφωνα με αυτή την αρχή όλες οι μεταβλητές και όλες οι σταθερές είναι γνωστές και μπορούν να χρησιμοποιούνται σε οποιοδήποτε τμήμα του προγράμματος, άσχετα που δηλώθηκαν. Όλες οι μεταβλητές είναι καθολικές.
Η απεριόριστη εμβέλεια καταστρατηγεί την αρχή της αυτονομίας των υποπρογραμμάτων, δημιουργεί πολλά προβλήματα και τελικά είναι αδύνατη για μεγάλα προγράμματα με πολλά υποπρογράμματα, αφού ο καθένας που γράφει κάποιο υποπρόγραμμα πρέπει να γνωρίζει τα ονό- ματα όλων των μεταβλητών που χρησιμοποιούνται στα υπόλοιπα υπο- προγράμματα.

Περιορισμένη εμβέλεια

Η περιορισμένη εμβέλεια υποχρεώνει όλες τις μεταβλητές που χρησιμοποιούνται σε ένα τμήμα προγράμματος, να δηλώνονται σε αυτό το τμήμα. Όλες οι μεταβλητές είναι τοπικές, ισχύουν δηλαδή για το υπο- πρόγραμμα στο οποίο δηλώθηκαν. Στη ΓΛΩΣΣΑ έχουμε περιορισμένη εμβέλεια.
Τα πλεονεκτήματα της περιορισμένης εμβέλειας είναι η απόλυτη αυτονομία όλων των υποπρογραμμάτων και η δυνατότητα να χρησιμοποιείται οποιοδήποτε όνομα, χωρίς να ενδιαφέρει αν το ίδιο χρησιμοποιείται σε άλλο υποπρόγραμμα.

Μερικώς περιορισμένη εμβέλεια

Σύμφωνα με αυτή την αρχή άλλες μεταβλητές είναι τοπικές και άλλες καθολικές. Κάθε γλώσσα προγραμματισμού έχει τους δικούς της κανόνες και μηχανισμούς για τον τρόπο και τις προϋποθέσεις που ορίζονται οι μεταβλητές ως τοπικές ή καθολικές.
Η μερικώς περιορισμένη εμβέλεια προσφέρει μερικά πλεονεκτήματα στον πεπειραμένο προγραμματιστή, αλλά για τον αρχάριο περιπλέκει το πρόγραμμα δυσκολεύοντας την ανάπτυξή του.

Σωστό / Λάθος Ερωτήσεις Θεωρίας Υποπρογράμματα:

1. Το πλεονέκτημα της περιορισμένης εμβέλειας είναι η απόλυτη αυτονομία όλων των υποπρογραμμάτων.
2. Μια συνάρτηση μπορεί να καλείται από το κύριο πρόγραμμα, από μία άλλη συνάρτηση ή από μια διαδικασία
3. Οι πραγματικές παράμετροι λέγονται και «ορίσματα», ενώ οι τυπικές παράμετροι ονομάζονται απλώς «παράμετροι».
4. Η διεύθυνση επιστροφής είναι η αμέσως επόμενη διεύθυνση από αυτή της κλήσης μιας διαδικασίας ή συνάρτησης.
5. Η χρήση των υποπρογραμμάτων προτείνεται στις περιπτώσεις σύνθετων προβλημάτων, όχι όμως στις περιπτώσεις πολύ απλών προβλημάτων
6. Είναι δυνατό να κατασκευαστεί συνάρτηση σε ΓΛΩΣΣΑ η οποία να αντιμεταθέτει 2 μεταβλητές του ιδίου τύπου.
7. Κάθε υποπρόγραμμα υπολογίζει και επιστρέφει τουλάχιστον ένα αποτέλεσμα.
8. Ο τρόπος ενεργοποίησης των δικών μας συναρτήσεων διαφέρει από τον τρόπο ενεργοποίησης των ενσωματωμένων συναρτήσεων της ΓΛΩΣΣΑΣ.
9. Ο τμηματικός προγραμματισμός αναπτύσσει προγράμματα ως ένα σύνολο από απλούστερα και ανεξάρτητα τμήματα.
10. Κάθε υποπρόγραμμα μπορεί να έχει περισσότερες από μια εισόδους αλλά πάντα μια έξοδο

Απαντήσεις Θεωρίας Υποπρογράμματα:

Οι απαντήσεις για τις παραπάνω ερωτήσεις τύπου Σωστό/ Λάθος είναι οι παρακάτω:
1. Σ, 2. Σ, 3. Λ, 4. Σ, 5. Σ, 6. Λ, 7. Λ, 8. Λ, 9. Σ, 10. Λ
Αν θέλετε και άλλες ερωτήσεις τύπου Σωστού / Λάθους ή γενικότερα ερωτήσεις θεωρίας στην ύλη της πληροφορικής Γ λυκείου στο κεφάλαιο Υποπρογράμματα Τμηματικός Προγραμματισμός μπορείτε να δείτε από τα τεστ, διαγωνίσματα και θεωρίες που έχουμε δημιουργήσει για να σας δώσουν την δυνατότητα να καταφέρετε υψηλό βαθμό στις πανελλαδικές εξετάσεις.

Ερωτήσεις Ανάπτυξης Θεωρίας Υποπρογράμματα Τμηματικός Προγραμματισμός

Παρακάτω σας δίνουμε μερικές ερωτήσεις ανάπτυξης στη θεωρία της πληροφορικής Γ λυκείου στο 10ο κεφάλαιο του σχολικού βιβλίου για την Υποπρογράμματα Τμηματικός Προγραμματισμός. Μπορείτε να διαβάσετε την ύλη και στη συνέχεια να απαντήσετε. Οι λύσεις στις ερωτήσεις είναι όπως θα ζητηθούν στις πανελλήνιες εξετάσεις και γράφονται στην συνέχεια κάθε ερώτησης.

1. Τι είναι το υποπρόγραμμα;

Είναι ένα τμήμα προγράμματος που επιτελεί αυτόνομο έργο και έχει γραφεί χωριστά από το υπόλοιπο πρόγραμμα

2. Τι είναι η συνάρτηση και τι η διαδικασία;

I. Συνάρτηση: τύπος υποπρογράμματος που υπολογίζει και επιστρέφει μόνο μία τιμή με το όνομα της.
II. Διαδικασία: τύπος υποπρογράμματος που εκτελεί όλες τις λειτουργίες ενός προγράμματος

3. Ποιοι είναι οι κανόνες που πρέπει να ισχύουν στην λίστα παραμέτρων

I. Ο αριθμός των πραγματικών παραμέτρων και των τυπικών παραμέτρων πρέπει να είναι ακριβώς ο ίδιος
II. Κάθε πραγματική παράμετρος αντιστοιχεί στην τυπική παράμετρος που βρίσκεται στην αντίστοιχη θέση
III. Η τυπική παράμετρος και η αντίστοιχη πραγματική πρέπει να είναι ίδιου τύπου δεδομένων

Αν θέλετε περισσότερες ερωτήσεις τύπου ανάπτυξης ή γενικότερα ερωτήσεις θεωρίας στην ύλη της πληροφορικής Γ λυκείου στο κεφάλαιο Υποπρογράμματα Τμηματικός Προγραμματισμός μπορείτε να δείτε από τα τεστ, διαγωνίσματα και θεωρίες που έχουμε δημιουργήσει για να σας δώσουν την δυνατότητα να καταφέρετε τον καλύτερο δυνατό βαθμό στις πανελλήνιες εξετάσεις.