🔀 Κεφάλαιο 8: Δομές Επιλογής και Επανάληψης

Για τη σύνταξη μιας λογικής έκφρασης ή συνθήκης χρησιμοποιούνται σταθερές, μεταβλητές, αριθμητικές παραστάσεις, συγκριτικοί και λογικοί τελεστές, καθώς και παρενθέσεις.

Στις λογικές εκφράσεις γίνεται σύγκριση της τιμής μιας έκφρασης, που βρίσκεται αριστερά από το συγκριτικό τελεστή, με την τιμή μιας άλλης έκφρασης που βρίσκεται δεξιά. Το αποτέλεσμα είναι μια λογική τιμή ΑΛΗΘΗΣ ή ΨΕΥΔΗΣ.

Οι συγκριτικοί τελεστές είναι:

• = — Ισότητα
• <> — Ανισότητα
• > — Μεγαλύτερο
• >= — Μεγαλύτερο ή ίσο
• < — Μικρότερο
• <= — Μικρότερο ή ίσο

Όταν αριθμητικοί και συγκριτικοί τελεστές συνδυάζονται σε μια έκφραση, οι αριθμητικές πράξεις εκτελούνται πρώτες. Μικρότερη προτεραιότητα έχουν οι λογικοί τελεστές.

Σειρά προτεραιότητας:

1. Αριθμητικοί τελεστές
2. Συγκριτικοί τελεστές
3. Λογικοί τελεστές

Οι συγκρίσεις γίνονται σε δεδομένα αριθμητικά, αλφαριθμητικά και λογικά.

• Αριθμοί: Η σύγκριση μεταξύ δύο αριθμών γίνεται με προφανή τρόπο. Στην περίπτωση των πραγματικών αριθμών θεωρούμε ότι οι αριθμοί μπορούν να έχουν άπειρο αριθμό ψηφίων.
• Ατομικοί χαρακτήρες: Η σύγκριση στηρίζεται στην αλφαβητική σειρά. Για παράδειγμα, το 'α' θεωρείται μικρότερο από το 'β'.
• Αλφαριθμητικά: Η σύγκριση βασίζεται στη σύγκριση χαρακτήρα προς χαρακτήρα σε κάθε θέση μέχρις ότου βρεθεί κάποια διαφορά. Για παράδειγμα, η λέξη 'κακός' θεωρείται μικρότερη από τη λέξη 'καλός', αφού το γράμμα κ προηγείται του γράμματος λ.
• Λογικά δεδομένα: Η σύγκριση έχει έννοια μόνο στην περίπτωση του ίσου (=) και του διαφόρου (<>), αφού οι τιμές που μπορούν να έχουν είναι μόνο ΑΛΗΘΗΣ και ΨΕΥΔΗΣ.

Σύνταξη:

ΑΝ συνθήκη ΤΟΤΕ
  εντολή-1
  εντολή-2
  ...
  εντολή-ν
ΤΕΛΟΣ_ΑΝ

Λειτουργία: Αν η συνθήκη ισχύει, τότε εκτελούνται οι εντολές που βρίσκονται μεταξύ των λέξεων ΤΟΤΕ και ΤΕΛΟΣ_ΑΝ. Σε αντίθετη περίπτωση οι εντολές αυτές αγνοούνται. Η εκτέλεση του προγράμματος συνεχίζεται με την εντολή που ακολουθεί τη δήλωση ΤΕΛΟΣ_ΑΝ.

Σύνταξη:

ΑΝ συνθήκη ΤΟΤΕ
  εντολές-1
ΑΛΛΙΩΣ
  εντολές-2
ΤΕΛΟΣ_ΑΝ

Λειτουργία: Αν η συνθήκη ισχύει, τότε εκτελούνται οι εντολές που βρίσκονται μεταξύ των λέξεων ΤΟΤΕ και ΑΛΛΙΩΣ. Διαφορετικά εκτελούνται οι εντολές μεταξύ ΑΛΛΙΩΣ και ΤΕΛΟΣ_ΑΝ. Η εκτέλεση του προγράμματος συνεχίζεται με την εντολή που ακολουθεί τη δήλωση ΤΕΛΟΣ_ΑΝ.

Σύνταξη:

ΑΝ συνθήκη-1 ΤΟΤΕ
  εντολές-1
ΑΛΛΙΩΣ_ΑΝ συνθήκη-2 ΤΟΤΕ
  εντολές-2
...
ΑΛΛΙΩΣ
  εντολές-αλλιώς
ΤΕΛΟΣ_ΑΝ

Λειτουργία: Εκτελούνται οι εντολές που βρίσκονται στο αντίστοιχο τμήμα, όταν η συνθήκη είναι αληθής. Η εκτέλεση του προγράμματος συνεχίζεται με την εντολή που ακολουθεί τη δήλωση ΤΕΛΟΣ_ΑΝ.

Αν οι εναλλακτικές περιπτώσεις επιλογής είναι πολλές, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εντολή ΕΠΙΛΕΞΕ.

Σύνταξη:

ΕΠΙΛΕΞΕ έκφραση
  ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ λίστα_τιμών_1
    εντολές-1
  ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ λίστα_τιμών_2
    εντολές-2
  ...
  ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΑΛΛΙΩΣ
    εντολές-αλλιώς
ΤΕΛΟΣ_ΕΠΙΛΟΓΩΝ

Λειτουργία: Υπολογίζεται η τιμή της έκφρασης και εκτελούνται οι εντολές που ανήκουν στην αντίστοιχη περίπτωση τιμών. Αν η τιμή της έκφρασης δεν αντιστοιχεί σε καμιά περίπτωση, τότε εκτελούνται οι εντολές της περίπτωσης ΑΛΛΙΩΣ.

Στην εντολή αυτή οι λίστες τιμών που συνοδεύουν κάθε περίπτωση μπορούν να περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες τιμές ή περιοχή τιμών.

Η χρήση της εντολής ΕΠΙΛΕΞΕ λόγω της συμπαγούς δομής της προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στον προγραμματιστή.

Εμφωλευμένα ΑΝ ονομάζονται δύο ή περισσότερες εντολές της μορφής ΑΝ...ΤΟΤΕ...ΑΛΛΙΩΣ που περιέχονται η μία μέσα στην άλλη.

Παρατηρήσεις:

• Να αποφεύγεται, αν είναι δυνατόν, η χρήση των εμφωλευμένων ΑΝ, και στη θέση τους να χρησιμοποιούνται απλούστερες δομές που διευκολύνουν την ανάγνωση και την κατανόηση του προγράμματος.
• Ένα συχνό λάθος που παρατηρείται στα προγράμματα είναι ο έλεγχος περιττών συνθηκών. Οι επιπλέον έλεγχοι αυξάνουν την πολυπλοκότητα του προγράμματος.

Η ΓΛΩΣΣΑ υποστηρίζει τρεις εντολές επανάληψης:

1. ΟΣΟ...ΕΠΑΝΑΛΑΒΕ: Η επανάληψη ελέγχεται από μια λογική έκφραση στην αρχή και εκτελείται συνεχώς όσο η συνθήκη είναι Αληθής.
2. ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ: Η συνθήκη βρίσκεται στο τέλος του βρόχου και εκτελείται συνεχώς μέχρις ότου η συνθήκη αυτή γίνει Αληθής.
3. ΓΙΑ...ΑΠΟ...ΜΕΧΡΙ: Ο βρόχος επαναλαμβάνεται για προκαθορισμένο αριθμό επαναλήψεων.

Σύνταξη:

ΟΣΟ συνθήκη ΕΠΑΝΑΛΑΒΕ
  εντολή-1
  εντολή-2
  ...
  εντολή-ν
ΤΕΛΟΣ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ

Λειτουργία: Ελέγχεται η συνθήκη και αν είναι Αληθής, εκτελούνται οι εντολές που βρίσκονται ανάμεσα στις ΟΣΟ...ΕΠΑΝΑΛΑΒΕ και ΤΕΛΟΣ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ. Στη συνέχεια ελέγχεται πάλι η συνθήκη και αν ισχύει, εκτελούνται πάλι οι ίδιες εντολές. Όταν η λογική έκφραση γίνει Ψευδής, τότε σταματάει η επανάληψη και εκτελείται η εντολή μετά το ΤΕΛΟΣ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ.

Χαρακτηριστικό της ΟΣΟ είναι ότι ο αριθμός των επαναλήψεων δεν είναι γνωστός, ούτε μπορεί να υπολογιστεί πριν από την εκτέλεση του βρόχου.

Σύνταξη:

ΑΡΧΗ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ
  εντολή-1
  εντολή-2
  ...
  εντολή-ν
ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ λογική-έκφραση

Λειτουργία: Εκτελούνται οι εντολές μεταξύ των ΑΡΧΗ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ και ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ. Στη συνέχεια ελέγχεται η λογική έκφραση και αν δεν ισχύει (είναι ψευδής), τότε οι εντολές που βρίσκονται ανάμεσα στις ΑΡΧΗ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ και ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ εκτελούνται πάλι. Ελέγχεται ξανά η λογική έκφραση και αν δεν ισχύει, επαναλαμβάνεται η εκτέλεση των ίδιων εντολών. Όταν η λογική έκφραση γίνει Αληθής, τότε σταματάει η επανάληψη και εκτελείται η εντολή μετά από την ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ.

Χαρακτηριστική περίπτωση όπου προτιμάται η εντολή ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ είναι στον έλεγχο αποδεκτών τιμών καθώς και στην επιλογή από προκαθορισμένες απαντήσεις ή μενού.

Η εντολή επανάληψης ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ εκτελείται υποχρεωτικά τουλάχιστον μία φορά.

Σύνταξη:

ΓΙΑ μεταβλητή ΑΠΟ τιμή1 ΜΕΧΡΙ τιμή2 ΜΕ_ΒΗΜΑ τιμή3
  εντολή-1
  εντολή-2
  ...
  εντολή-ν
ΤΕΛΟΣ_ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ

Λειτουργία: Οι εντολές του βρόχου εκτελούνται για όλες τις τιμές της μεταβλητής από την αρχική τιμή μέχρι την τελική τιμή, αυξανόμενες με την τιμή του βήματος. Αν το βήμα είναι ίσο με 1, τότε η φράση ΜΕ_ΒΗΜΑ 1 μπορεί να παραλειφθεί.

Η εντολή ΓΙΑ...ΑΠΟ...ΜΕΧΡΙ χρησιμοποιείται στην περίπτωση που πρέπει να επαναληφθεί η εκτέλεση κάποιων εντολών για προκαθορισμένο αριθμό φορών.

Κάθε επανάληψη που εκτελείται με μια εντολή ΓΙΑ...ΑΠΟ...ΜΕΧΡΙ, μπορεί να υλοποιηθεί και με τη χρήση των βασικών εντολών επανάληψης ΟΣΟ...ΕΠΑΝΑΛΑΒΕ και ΜΕΧΡΙΣ_ΟΤΟΥ.

Η χρήση τιμών για τον τερματισμό μιας επαναληπτικής διαδικασίας είναι συνήθης στον προγραμματισμό. Η τιμή αυτή ορίζεται από τον προγραμματιστή και αποτελεί μια σύμβαση για το τέλος του προγράμματος. Η τιμή αυτή είναι τέτοια, ώστε να μην είναι λογικά σωστή για το πρόβλημα. Η τιμή αυτή συχνά αποκαλείται τιμή φρουρός (ή τιμή sentinels).

Στη χρήση των εμφωλευμένων βρόχων ισχύουν συγκεκριμένοι κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται αυστηρά για τη σωστή λειτουργία των προγραμμάτων:

• Ο εσωτερικός βρόχος πρέπει να βρίσκεται ολόκληρος μέσα στον εξωτερικό.
• Ο βρόχος που ξεκινάει τελευταίος, πρέπει να ολοκληρώνεται πρώτος. Η είσοδος σε κάθε βρόχο υποχρεωτικά γίνεται από την αρχή του.
• Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ίδια μεταβλητή ως μετρητής δύο ή περισσότερων βρόχων που ο ένας βρίσκεται στο εσωτερικό του άλλου.

Στα κυκλώματα του υπολογιστή τα δεδομένα αποθηκεύονται με δυαδική μορφή, δηλαδή 0 και 1, ανεξάρτητα από το πώς τα ορίζει ο προγραμματιστής (ακέραιους, πραγματικούς, χαρακτήρες κ.τ.λ.).

Παράδειγμα: Ο αριθμός 17 του δεκαδικού συστήματος ισοδυναμεί με τον αριθμό 00010001 του δυαδικού συστήματος, ο οποίος μπορεί να αποθηκευθεί σε ένα byte.

Ολίσθηση αριστερά: Αν μετακινήσουμε τα ψηφία κατά μία θέση προς τα αριστερά (προσθέσουμε ένα 0 στο τέλος και αγνοήσουμε το αρχικό 0), προκύπτει ο αριθμός 00100010 του δυαδικού, που ισοδυναμεί με τον αριθμό 34 του δεκαδικού.

Ολίσθηση δεξιά: Αν μετακινήσουμε τα ψηφία κατά μία θέση δεξιά (αποκόψουμε το τελευταίο ψηφίο 1 και θεωρήσουμε ένα ακόμη αρχικό 0), προκύπτει ο αριθμός 00001000 του δυαδικού, που ισοδυναμεί με τον αριθμό 8 του δεκαδικού.

Συμπέρασμα: Η ολίσθηση προς τα αριστερά ισοδυναμεί με πολλαπλασιασμό επί δύο, ενώ η ολίσθηση προς τα δεξιά ισοδυναμεί με την ακέραια διαίρεση δια δύο.

Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται πρακτικά στους υπολογιστές, γιατί υλοποιείται πολύ πιο απλά από τον γνωστό μας χειρωνακτικό τρόπο πολλαπλασιασμού.

Πιο συγκεκριμένα, απαιτεί πολλαπλασιασμό επί δύο, διαίρεση δια δύο και πρόσθεση. Σε αντίθεση, η γνωστή μας διαδικασία πολλαπλασιασμού απαιτεί πολλαπλασιασμό με οποιονδήποτε ακέραιο και πρόσθεση. Σε επίπεδο κυκλωμάτων υπολογιστή ο πολλαπλασιασμός επί δύο και η διαίρεση δια δύο μπορούν να υλοποιηθούν ταχύτατα με μια απλή εντολή ολίσθησης (shift), σε αντίθεση με τον πολλαπλασιασμό με οποιονδήποτε ακέραιο που θεωρείται πιο χρονοβόρα διαδικασία.

Αλγόριθμος:

Βήμα 1: Θέσε P = 0
Βήμα 2: Αν M2 > 0, τότε πήγαινε στο Βήμα 3, αλλιώς πήγαινε στο Βήμα 7
Βήμα 3: Αν ο Μ2 είναι περιττός, τότε θέσε P = P + M1
Βήμα 4: Θέσε Μ1 = Μ1 * 2
Βήμα 5: Θέσε Μ2 = Μ2 / 2 (θεώρησε μόνο το ακέραιο μέρος)
Βήμα 6: Πήγαινε στο Βήμα 2
Βήμα 7: Τύπωσε τον P. Τέλος Πολλαπλασιασμού