lenguajes de programación: estructuras de control

Lenguajes de Programación:Estructuras de Control

Autor(es): • Mtr. Luis Fernando Aguas

Estructuras básicas

La programación estructurada es una forma de escribir programas de computadora deforma clara, utilizando únicamente tres estructuras: secuencia, selección e iteración; siendo innecesario y no permitiéndose el uso de la instrucción o instrucciones de transferencia incondicional.

La programación estructurada surge a finales de los años 1960 con el objetivo de realizar programas confiables y eficientes, y que además fueran escritos de manera de facilitar su comprensión posterior.

Hoy en día las aplicaciones informáticas son mucho más ambiciosas que las necesidades de aquellos años, por lo que se desarrollaron nuevas técnicas, tales como la programación orientada a objetos y el desarrollo de entornos de programación que facilitan la programación de grandes aplicaciones.

De todas formas, el paradigma estructurado tiene vigencia en muchos ámbitos de desarrollo de programas y constituye una buena forma de iniciarse en la programación de computadoras.

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El teorema del programa estructurado, de Böhm-Jacopini, demuestra que todo programa puede escribirse utilizando únicamente las tres instrucciones de control siguientes:

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ACCI O N 1

ACCI O N 2

ACCI O N N

2

Co n d ic io n

Ac c io n

S IN O Co n d ic io n

Ac c io n

S I

Ac c io n

NO

1

Condicion

Si

No

Acciones

Condicion No

Acciones

SI

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El flujo de control de un programa

La expresión flujo de control hace referencia al orden en el que se ejecutarán las instrucciones de un programa, desde su comienzo hasta que finaliza. El flujo normal de ejecución es el secuencial. Si no se especifica lo contrario, la ejecución de un programa empezaría por la primera instrucción e iría procesando una a una en el orden en que aparecen, hasta llegar a la última.Algunos programas muy simples pueden escribirse sólo con este flujo unidireccional. No obstante, la mayor eficacia y utilidad de cualquier lenguaje de programación se deriva de la posibilidad de cambiar el orden de ejecución según la necesidad de elegir uno de entre varios caminos en función de ciertas condiciones, o de ejecutar algo repetidas veces, sin tener que escribir el código para cada vez.Con frecuencia, el programador necesita que el programa no se comporte sólo de modo secuencial. Por ejemplo, calcular una funcion f(x) para los X > 0.

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El flujo de control de un programaTambién puede ocurrir que interese que un grupo de instrucciones se ejecute repetidamente hasta que se le indique que se detenga. Por ejemplo, calcular el promedio de notas para cada uno de los alumnos de un curso, o realizar algún cálculo con cada uno de los elementos de un vector.Para las dos situaciones planteadas existen dos soluciones: las sentencias de control selectivas y las repetitivas. Éstas permiten que el flujo secuencial del programa sea modificado. También cumplen con este objetivo las sentencias denominadas de invocación o salto.

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Según lo expresado, las estructuras de decisión simple y doble permiten seleccionar entre dos alternativas posibles. Sin embargo, la instrucción SI-ENTONCES puede ser utilizada también en casos de selección de más de dos alternativas. Esto es posible anidando estas instrucciones. Es decir, una estructura SI-ENTONCES puede contener a otra, y esta a su vez a otra. La representación en pseudocódigo es la siguiente:

SI <condición_1> ENTONCES< sentencias_1 >SINO

SI <condición_2> ENTONCES < sentencias_2 >SINO

SI <condición_3> ENTONCES< sentencias_3 >SINO

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.FIN-SI

FIN-SIFIN-SI

Como se puede observar, el anidamiento de instrucciones alternativas permite ir descartando valores hasta llegar al bloque de instrucciones que se debe ejecutar.En las instrucciones SI anidadas, las instrucciones ENTONCES y FIN-SI se aplican automáticamente a la instrucción SI anterior más próxima.A fin de que las estructuras anidadas sean más fáciles de leer, es práctica habitual aplicar sangría al cuerpo de cada una.

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Ejemplo: Un sensor toma (lee) la temperatura ambiente y de acuerdo al rango en que se encuentre, debe emitir un mensaje. La escala es la siguiente:

Mayor que 100 “Temperatura muy alta – Mal funcionamiento”

Entre 91 y 100 “Rango normal”Entre 51 y 90 “Bajo el rango normal”Menor que 50 “Muy frío – Apague el equipo”

ALGORITMO SensorINICIOLEER temperaturaSI temperatura > 100 ENTONCES

ESCRIBIR “Temperatura muy alta – Mal funcionamiento”SINO

SI temperatura > 90 ENTONCESESCRIBIR “Rango normal”

SINOSI temperatura > 50 ENTONCES

ESCRIBIR “Bajo el rango normal”SINO

ESCRIBIR “Muy frío – Apague equipo”FIN-SI

FIN-SIFIN-SIFIN

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La sentencia IR-A (go to)La sentencia GO TO pertenece a un grupo de sentencias conocidas como sentencias de salto (jump). La característica de este grupo es hacer que el flujo de control salte a otra parte del programa. Otras sentencias de este grupo son interrumpir o romper (BREAK), continuar (CONTINUE), volver (RETURN), lanzar (THROW). Las dos primeras se utilizan generalmente con sentencias de alternativa múltiple. Para retornar de la ejecución de funciones o métodos se usa RETURN. La sentencia GO TO se utilizaba mucho en los primeros lenguajes de programación porque era la única manera de saltar de una instrucción del programa a otra.Esta instrucción consta de una sentencia IR_A y una sentencia asociada con una etiqueta.Cuando se ejecuta esta instrucción, se transfiere el control del programa a la etiqueta asociada.

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La sentencia IR-A (go to)La representación en pseudocódigo es la siguiente:

INICIO..

IR_A etiqueta_1..FINetiqueta_1:. // El flujo salta aquíEl efecto de esta instrucción es transferir sin condiciones el control del programa a la etiqueta especificada. Es una de las operaciones más primitivas para traspasar el control de una parte del programa a otra. Sin embargo, su uso produce código inconsistente, incompleto o complicado de mantener. Justamente por ello en los años 60 y 70, cuando surgió la programación estructurada, la comunidad informática se expresó a favor de otras sentencias de control (IF ó bucles FOR y DO-WHILE) en lugar del GOTO.

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La sentencia IR-A (go to)Tal creencia está tan arraigada que el GOTO es muy criticado y desaconsejado por todos los que se dedican a la enseñanza de la programación.

Si bien la instrucción GOTO puede parecer útil y muy flexible, es precisamente en esa flexibilidad donde radica su peligro y los motivos de su obsolescencia.

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En muchas ocasiones la forma más apropiada de expresar un algoritmo consiste en la repetición de una misma instrucción de manera controlada, una cantidad finita de veces determinada de antemano (al diseñar el programa) o en tiempo de ejecución (cada vez que se corre el programa). Por ejemplo, podría ser necesario diseñar un algoritmo similar al de los cajeros automáticos, que solicite una clave al usuario y bloquee el acceso en caso de no ingresar la contraseña correcta luego de tres intentos. O bien, si se desea procesar grupos de datos ingresados por teclado o leídos desde un archivo, hasta que no se encuentren más datos.Las estructuras algorítmicas que permiten realizar operaciones de este tipo se conocen con el nombre de estructuras repetitivas o iterativas.

Definicion: Las estructuras que repiten una secuencia de instrucciones un número determinado de veces se denominan repetitivas o bucles; y se denomina iteración a la ejecución de cada repetición.

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EjemploSe desea sumar una lista de números que ingresa desde teclado (por ejemplo, edades de los alumnos de una clase). El algoritmo debería ingresar el valor y sumarlo a una variable SUMA que contenga las sucesivas sumas parciales.

ALGORITMO sumaINICIO

Suma=0LEER númeroSuma = suma + númeroLEER númeroSuma = suma + número….

FIN

Como podemos observar, si no utilizamos alguna instrucción de repetir, el algoritmo deberá realizar tantas lecturas y sumas como alumnos se procesen: 10, 100, 1000,...

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Es evidente que el método no es óptimo, pero el ejemplo sirve para identificar las instrucciones que se repiten. En este caso, el bucle está formado por las instrucciones:

LEER númerosuma = suma + número

y la cantidad de iteraciones estará relacionada con el número de alumnos que se procesen durante la ejecución.

Entonces, las dos cuestiones importantes cuando se utilizan estructuras repetitivas son: ¿qué contiene el bucle? y ¿cuántas veces se repite?

Las estructuras repetitivas se diferencian en la forma en que se produce la condición de fin del bucle y deberá utilizarse aquella más apropiada al problema particular de que se trate.

A continuación, veremos las más usuales:

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6.3.1 La estructura PARA (for)Problema: Se desea un programa que muestre en pantalla los números pares entre 1 y 99.

INICIOESCRIBIR 2ESCRIBIR 4[…]ESCRIBIR 96ESCRIBIR 98

FIN

Se dijo que la computadora es muy hábil para repetir tareas sencillas, como la del problema. Cuando se necesita que la computadora repita una operación, con una pequeña variación cada vez, se deben identificar las condiciones para la repetición, y expresar esta variación de una forma comprensible para la máquina.

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En este caso, lo que se desea es una secuencia de números pares, que van desde 2 hasta 98. Estos números pueden expresarse como 2 x k, siendo k un entero que varía entre 1 y 98/2 = 49.

Cuando se conoce exactamente la cantidad de veces que es necesario repetir una instrucción, la estructura más apropiada para expresarlo como algoritmo es la estructura PARA. En este caso se puede escribir:

INICIOPARA k DESDE 1 HASTA 49

ESCRIBIR k * 2FIN-PARAFIN

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En este caso, lo que se desea es una secuencia de números pares, que van desde 2 hasta 98. Estos números pueden expresarse como 2 x k, siendo k un entero que varía entre 1 y 98/2 = 49.

Cuando se conoce exactamente la cantidad de veces que es necesario repetir una instrucción, la estructura más apropiada para expresarlo como algoritmo es la estructura PARA. En este caso se puede escribir:

INICIOPARA k DESDE 1 HASTA 49


6.3 Estructuras de repeticion. Bucles

Otra opción sería:INICIO

PARA i DESDE 2 HASTA 98 INCREMENTO 2ESCRIBIR i

FIN-PARAFIN

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6.3.1 La estructura PARA (for)

Si ahora se solicita:

Problema: Se desea un programa que muestre en pantalla los números pares entre 1 y 200.

la solución mantiene su sencillez de expresión:

INICIOPARA N DESDE N HASTA 200

INCREMENTO 2ESCRIBIR i

FIN-PARAFIN

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6.3.1 La estructura PARA (for)

La estructura PARA en forma general es:PARA variable DESDE inicial HASTA final [INCREMENTO incremento]

INSTRUCCIÓN[…]INSTRUCCIÓN

FIN-PARA

Donde:variable es el nombre de una variable de tipo numérico, en particular entero, definida en el programa, cuyos valores se irán modificando en cada repetición. Es común utilizar como nombre de esta variable i, que proviene de la palabra índice (index en inglés), y si se utilizan varias instrucciones PARA, emplear las letras siguientes del abecedario: j, k, l.

inicial es el valor que toma la variable en la primera repetición.

final es el valor que toma la variable en la última repetición.

incremento es el incremento que recibirá la variable entre repeticiones, es decir, el valor que se le sumará a variable cada vez que se termine una repetición y antes de iniciar la siguiente. Si se omite, se considera que vale 1. También puede tomar valores negativos.

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6.3.2 La estructura MIENTRAS (while…do) y la estructura HASTA (repeat…until)

En algunos casos no se conoce de antemano la cantidad de veces que será necesario repetir un conjunto de instrucciones para solucionar el problema, o bien es conveniente que estas instrucciones sean repetidas hasta alcanzar una determinada condición (llamada condición de parada). En estas situaciones se emplean estructuras repetitivas más generales que PARA, como las estructuras

MIENTRAS y HASTA.

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Problema: Se desea un programa que calcule e informe el precio de una llamada telefónica, a partir del número de minutos ingresado por el operador, sabiendo que el precio por minuto es de $0,23. Esta operación debe repetirse cada vez que el operador ingrese una cantidad de minutos mayor que 0, y detenerse en caso contrario.

Como se desconoce la cantidad de veces que se repetirá el cálculo del precio, y tampoco puede solicitarse al operador que indique este dato al inicio del programa, la estructura PARA no es apropiada para resolver el problema.

INICIOLEER minutosHACER

precio = minutos * 0,23ESCRIBIR precioLEER minutos

HASTA minutos <= 0FIN

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Puede cuestionarse que si el operador ingresa un número menor que 0 la primera vez, el programa mostrará un valor incorrecto y solicitará un nuevo dato antes de detenerse.

Una solución alternativa sería:INICIO

LEER minutosMIENTRAS minutos > 0

precio = minutos * 0,23ESCRIBIR precioLEER minutos

FIN-MIENTRASFIN

En este caso, el operador puede ingresar un número menor o igual a cero la primera vez que el programa le solicita un dato, y el programa se detendrá sin informar un precio erróneo.

Es importante notar que las condiciones de parada son diferentes. Existen muchas posibilidades para expresar la solución a este problema

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La estructura MIENTRAS tiene la forma:

MIENTRAS condiciónINSTRUCCIÓN[…]INSTRUCCIÓN

FIN-MIENTRASAl ejecutarse se evalúa condición, y en caso de resultar verdadera se ejecutan las instrucciones del bloque, mientras condición mantenga su valor verdadero.

La estructura HASTA toma la forma:HACER

INSTRUCCIÓN[…]INSTRUCCIÓN

HASTA condición

Se dice que MIENTRAS y HASTA son formas más generales de iterar que PARA porque esta última se puede expresar utilizando tanto MIENTRAS como HASTA.

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Problema: Se desea un programa que muestre en pantalla los números pares entre 1 y 99.

que se resolvió utilizando PARA de la siguiente manera:INICIOPARA k DESDE 1 HASTA 49


también puede expresarse utilizando MIENTRAS:

INICIO k = 1MIENTRAS k <= 49

ESCRIBIR k * 2k = k + 1

FIN-MIENTRASFIN

O utilizando HASTA:

INICIOk = 1HACER

ESCRIBIR k * 2k = k + 1

HASTA k > 49FIN

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Instrucción INTERRUMPIR (BREAK)Esta instrucción se utiliza cuando se desea terminar un bucle en un lugar determinado del cuerpo del bucle sin esperar a que este termine de modo natural por su entrada o su salida. Esta instrucción corta el ciclo de ejecución, debe ser utilizada con precaución.

Ejemplo:LEER númeroHACER

IF número <= 0 INTERRUMPIRsuma = suma + númeroLEER número

HASTA número > 100

La instrucción Interrumpir sale del bucle HACER y sigue con la instrucción siguiente a la instrucción HASTA.La sentencia INTERRUMPIR (BREAK) se utiliza frecuentemente junto con una sentencia SI (IF) actuando como una condición interna del bucle.

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Instrucción CONTINUAR (CONTINUE)Esta instrucción hace que el flujo de ejecución salte el resto de un cuerpo del bucle para continuar con el siguiente bucle o iteración. Esta característica suele ser útil en algunas condiciones.

Ejemplo:PARA i DESDE 0 HASTA 20

SI (i mod 4 = 0 ) ENTONCESCONTINUAR

FIN-SIESCRIBIR i, “ , “

FIN-PARA

En este ejemplo, si el valor de i es múltiplo de 4, no escribe ese valor en la salida.El resultado de este bucle será: 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 19.La sentencia CONTINUAR no afecta la cantidad de veces que se debe ejecutar el bucle.

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En un algoritmo puede existir y es muy frecuente que existan 2 o más bucles. Dependiendo de la forma en que estén dispuestos, estos pueden ser anidados o independientes.

Decimos que los bucles están anidados cuando están dispuestos de forma tal que unos son interiores a otros; y los bucles serán independientes cuando son extremos unos con otros. Así como se podían anidar estructuras de selección, también es posible insertar un bucle dentro de otro. Las reglas para construir estructuras repetitivas anidadas son iguales en ambos casos: la estructura interna debe estar incluida totalmente dentro de la externa y no puede existir solapamiento.

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I NDEPENDI ENTES ANI DADAS

PERM I TI DAS Y PRO HI BI DAS

NI DO S CRUZADO S

SALI R DEL BUCLE ENTRAR AL BUCLE

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