Structurile fundamentale

Structurile fundamentale sunt structura secvențială, structura alternativă și structura repetitivă. Teorema lui Böhm și Jacopini arată că ele sunt suficiente: orice algoritm se poate exprima într-o formă structurată folosind numai aceste trei structuri.

Fiecare structură are un singur punct de intrare și un singur punct de ieșire. După încheierea ei, execuția continuă cu prima instrucțiune aflată după structură.

Fiecare structură este dată mai jos în pseudocod, apoi în C++ și în Python. În C++, corpul unei structuri se delimitează cu acolade; în Python, prin indentare.

Structura secvențială

Fiecare pas predă controlul pasului următor, fără nicio decizie și fără revenire la un pas anterior. Structura secvențială se mai numește structură liniară și cuprinde operațiile de citire, de scriere și de atribuire.

P₁
P₂
…
Pₙ

Exemplu. Interschimbarea valorilor a două variabile se face cu ajutorul unei a treia variabile, numită variabilă de manevră.

aux ← a
a ← b
b ← aux

aux = a;
a = b;
b = aux;

aux = a
a = b
b = aux

Structura alternativă

Ea se mai numește structură decizională.

Forma completă. Pe fiecare ramură se execută o prelucrare:

dacă condiție atunci
    P₁
altfel
    P₂
sfdacă

if (a > b)
    cout << a;
else
    cout << b;

if a > b:
    print(a)
else:
    print(b)

Cuvântul altfel se scoate din pseudocod.

dacă n < 0 atunci
    n ← -n
sfdacă

Când algoritmul cere ca acțiunea să se execute pe ramura falsă, condiția se neagă.

Structuri alternative imbricate

O structură alternativă poate fi cuprinsă în interiorul alteia. Când imbricarea se face pe ramura altfel, se obține alegerea între mai multe prelucrări:

if (nota < 5)
    cout << "insuficient";
else if (nota < 7)
    cout << "suficient";
else if (nota < 9)
    cout << "bine";
else
    cout << "foarte bine";

if nota < 5:
    print("insuficient")
elif nota < 7:
    print("suficient")
elif nota < 9:
    print("bine")
else:
    print("foarte bine")

În Python, imbricarea pe ramura altfel se scrie cu cuvântul elif, care ține locul perechii else if.

Structura alternativă generalizată

Selectorul ia valori dintr-o mulțime ordonată de elemente de același tip cu el. Fiecărei valori îi corespunde un caz, iar cazului îi corespunde o acțiune. Când selectorul nu are valoarea niciunui caz, se execută acțiunea de pe ramura altfel.

în cazul că cifra
    cazul 0:
        scrie "zero"
    cazul 1:
        scrie "unu"
    altfel
        scrie "altceva"
sfârșit_în_cazul

switch (cifra) {
    case 0:
        cout << "zero";
        break;
    case 1:
        cout << "unu";
        break;
    default:
        cout << "altceva";
}

match cifra:
    case 0:
        print("zero")
    case 1:
        print("unu")
    case _:
        print("altceva")

Instrucțiunea match există în Python începând cu versiunea 3.10. Spre deosebire de switch din C++, execuția nu trece de la un caz la următorul, deci nu este nevoie de break. Aceeași selectare se poate scrie și cu if … elif … else.

Structura alternativă generalizată cu n cazuri este echivalentă cu n structuri alternative simple imbricate, în care condiția fiecăreia compară selectorul cu valoarea cazului. Ea nu este a patra structură fundamentală, ci o formă a structurii alternative.

Structura repetitivă

Structura repetitivă se mai numește structură iterativă.

Procesul de control

Repetarea este condusă de un proces de control, ale cărui acțiuni sunt date în tabelul următor.

La structurile cu test inițial și cu test final, corpul ciclului trebuie să modifice cel puțin una dintre variabilele care apar în condiție, astfel încât testarea să încheie repetarea la un moment dat.

De exemplu, dacă repetarea se încheie la valoarea 20, iar variabila pornește de la 0 și crește din 3 în 3, ea ia valorile 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 și nu atinge niciodată valoarea 20. Un ciclu infinit presupune executarea unui număr infinit de pași, ceea ce contrazice definiția algoritmului.