程序設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是用算法對(duì)問題的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得所期望的效果。但這僅僅是程序設(shè)計(jì)的基本要求。要全面提高程序的質(zhì)量，提高編程效率，使程序具有良好的可讀性、可靠性、可維護(hù)性以及良好的結(jié)構(gòu)，編制出好的程序來，應(yīng)當(dāng)是每位程序設(shè)計(jì)工作者追求的目標(biāo)。而要做到這一點(diǎn)，就必須掌握正確的程序設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。

1.3.1 程序的三種基本結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)化程序的概念首先是從以往編程過程中無限制地使用轉(zhuǎn)移語句而提出的。轉(zhuǎn)移語句可以使程序的控制流程強(qiáng)制性的轉(zhuǎn)向程序的任一處，在傳統(tǒng)流程圖中，就是用上節(jié)我們提到的"很隨意"的流程線來描述這種轉(zhuǎn)移功能。如果一個(gè)程序中多處出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)移情況，將會(huì)導(dǎo)致程序流程無序可尋，程序結(jié)構(gòu)雜亂無章，這樣的程序是令人難以理解和接受的，并且容易出錯(cuò)。尤其是在實(shí)際軟件產(chǎn)品的開發(fā)中，更多的追求軟件的可讀性和可修改性，象這種結(jié)構(gòu)和風(fēng)ge的程序是不允許出現(xiàn)的。為此提出了程序的三種基本結(jié)構(gòu)。

在討論算法時(shí)我們列舉了程序的順序、選擇和循環(huán)三種控制流程，這就是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)使用的三種基本結(jié)構(gòu)。算法的實(shí)現(xiàn)過程是由一系列操作組成的，這些操作之間的執(zhí)行次序就是程序的控制結(jié)構(gòu)。1996年，計(jì)算機(jī)科學(xué)家Bohm和Jacopini證明了這樣的事實(shí)：任何簡單或復(fù)雜的算法都可以由順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)這三種基本結(jié)構(gòu)組合而成。所以，這三種結(jié)構(gòu)就被稱為程序設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)。也是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)必須采用的結(jié)構(gòu)。

1. 順序結(jié)構(gòu)

順序結(jié)構(gòu)表示程序中的各操作是按照它們出現(xiàn)的先后順序執(zhí)行的，其流程如圖1-6所示。圖中的s1和s2表示兩個(gè)處理步驟，這些處理步驟可以是一個(gè)非轉(zhuǎn)移操作或多個(gè)非轉(zhuǎn)移操作序列，甚至可以是空操作，也可以是三種基本結(jié)構(gòu)中的任一結(jié)構(gòu)。整個(gè)順序結(jié)構(gòu)只有一個(gè)入口點(diǎn)a和一個(gè)出口點(diǎn)b。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：程序從入口點(diǎn)a開始，按順序執(zhí)行所有操作，直到出口點(diǎn)b處，所以稱為順序結(jié)構(gòu)。上一節(jié)圖1-2表示的就是一個(gè)順序結(jié)構(gòu)的流程圖。事實(shí)上，不論程序中包含了什么樣的結(jié)構(gòu)，而程序的總流程都是順序結(jié)構(gòu)的。例如，在圖1-3、圖1-4和圖1-5所表示的流程圖中，其總體結(jié)構(gòu)流程都是自上而下順序執(zhí)行的。

2.選擇結(jié)構(gòu)

選擇結(jié)構(gòu)表示程序的處理步驟出現(xiàn)了分支，它需要根據(jù)某一特定的條件選擇其中的一個(gè)分支執(zhí)行。選擇結(jié)構(gòu)有單選擇、雙選擇和多選擇三種形式。

雙選擇是典型的選擇結(jié)構(gòu)形式，其流程如圖1-8所示，圖中的s1和s2與順序結(jié)構(gòu)中的說明相同。由圖中可見，在結(jié)構(gòu)的入口點(diǎn)a處是一個(gè)判斷框，表示程序流程出現(xiàn)了兩個(gè)可供選擇的分支，如果條件滿足執(zhí)行s1處理，否則執(zhí)行s2處理。值得注意的是，在這兩個(gè)分支中只能選擇一條且必須選擇一條執(zhí)行，但不論選擇了哪一條分支執(zhí)行，最后流程都一定到達(dá)結(jié)構(gòu)的出口點(diǎn)b處。前面的圖1-3中就采用了雙選擇結(jié)構(gòu)流程圖。

當(dāng)s1和s2中的任意一個(gè)處理為空時(shí)，說明結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)可供選擇的分支，如果條件滿足執(zhí)行s1處理，否則順序向下到流程出口b處。也就是說，當(dāng)條件不滿足時(shí)，什么也沒執(zhí)行，所以稱為單選擇結(jié)構(gòu)，如圖1-7所示。

多選擇結(jié)構(gòu)是指程序流程中遇到如圖1-9所示的s1、s2、……、sn等多個(gè)分支，程序執(zhí)行方向?qū)⒏鶕?jù)條件確定。如果滿足條件1則執(zhí)行s1處理，如果滿足條件n則執(zhí)行Sn處理，總之要根據(jù)判斷條件選擇多個(gè)分支的其中之一執(zhí)行。不論選擇了哪一條分支，最后流程要到達(dá)同一個(gè)出口處。如果所有分支的條件都不滿足，則直接到達(dá)出口。有些程序語言不支持多選擇結(jié)構(gòu)，但所有的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言都是支持的，C語言是面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它可以非常簡便的實(shí)現(xiàn)這一功能。本書在第五章將詳細(xì)介紹各種形式的選擇結(jié)構(gòu)應(yīng)用問題。

3.循環(huán)結(jié)構(gòu)

循環(huán)結(jié)構(gòu)表示程序反復(fù)執(zhí)行某個(gè)或某些操作，直到某條件為假（或?yàn)檎妫r(shí)才可終止循環(huán)。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中最主要的是：什么情況下執(zhí)行循環(huán)？哪些操作需要循環(huán)執(zhí)行？循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本形式有兩種：當(dāng)型循環(huán)和直到型循環(huán)，其流程如圖1-10所示。圖中虛線框內(nèi)的操作稱為循環(huán)體，是指從循環(huán)入口點(diǎn)a到循環(huán)出口點(diǎn)b之間的處理步驟，這就是需要循環(huán)執(zhí)行的部分。而什么情況下執(zhí)行循環(huán)則要根據(jù)條件判斷。

當(dāng)型結(jié)構(gòu)：表示先判斷條件，當(dāng)滿足給定的條件時(shí)執(zhí)行循環(huán)體，并且在循環(huán)終端處流程自動(dòng)返回到循環(huán)入口；如果條件不滿足，則退出循環(huán)體直接到達(dá)流程出口處。因?yàn)槭?quot;當(dāng)條件滿足時(shí)執(zhí)行循環(huán)"，即先判斷后執(zhí)行，所以稱為當(dāng)型循環(huán)。其流程如圖1-10（a）所示。

直到型循環(huán)：表示從結(jié)構(gòu)入口處直接執(zhí)行循環(huán)體，在循環(huán)終端處判斷條件，如果條件不滿足，返回入口處繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，直到條件為真時(shí)再退出循環(huán)到達(dá)流程出口處，是先執(zhí)行后判斷。因?yàn)槭?quot;直到條件為真時(shí)為止"，所以稱為直到型循環(huán)。其流程如圖1-10（b）所示。本章圖1-5用迭代法求和的流程圖就是一個(gè)典型的直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)。

同樣，循環(huán)型結(jié)構(gòu)也只有一個(gè)入口點(diǎn)a和一個(gè)出口點(diǎn)b，循環(huán)終止是指流程執(zhí)行到了循環(huán)的出口點(diǎn)。圖中所表示的S處理可以是一個(gè)或多個(gè)操作，也可以是一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)或一個(gè)過程。

整個(gè)虛線框中是一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)。

通過三種基本控制結(jié)構(gòu)可以看到，結(jié)構(gòu)化程序中的任意基本結(jié)構(gòu)都具有唯一入口和唯一出口，并且程序不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)。在程序的靜態(tài)形式與動(dòng)態(tài)執(zhí)行流程之間具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。