Grundlagen der Informatik I “Programmierung”

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Rahmen zu weit führen. Auffällig ist aber, daß diese Beschreibung durch die vielen Sprunganweisungen schwer verständlich ist. Daher haben sich graphischen Beschreibungen (Struktogramme) trotz des zusätzlichen Malaufwands bis heute gehalten: Diskussion ❵❵❵❵❵❵❵❵❵❵❵❵❵ ❵✥✥✥✥✥✥✥✥✥✥✥✥✥ ✥ nn t:=m ❛ ❛❛❛❛❛❛✦ ✦✦✦✦✦✦ wahr m>n falsch wahr m
Beschreibung, die üblicherweise natürlichsprachlich ist, muß die einzelnen Leistungen exakt beschreiben. Eine formale Beschreibung der Anforderung in deskriptiver Form garantiert die Exaktheit, da die Formeln eine eindeutige Leseweise garantieren. In unseren Fall ist durch die Regeln 1–3 aus 1.2.1.1 eine präzise Anforderungsdefinition gegeben. Wir könnten nun unsere formalen Anforderungen mit minimalen Änderungen in eine logische Programmiersprache (Prolog) umschreiben, bzw. wir hätten unsere Anforderungen direkt in dieser Sprache formulieren können. Da die logischen Programmiersprachen ausführbar sind, wären wir mit der Systementwicklung (GGT) fertig! Es genügt die Problembeschreibung, eine Programmentwicklung ist nicht mehr notwendig, denn wir bekommen alle Antworten durch Anfragen wie z.B. GGT(12,15,t)? Leider lassen sich nicht alle Probleme in den logischen Programmiersprachen darstellen, und weiter ist auch die Effizienz dieser Programmiersprachen in der Anwendung bei weitem nicht ausreichend. Daher muß man überlegen, wie man die geforderten Ergebnisse erreichen kann. Hier beginnt die eigentliche Programmentwicklung als intuitiver Prozess, der sich nicht durch standardisierte Verfahren durchführen läßt. Auch wenn es kein mechanisches Verfahren gibt und nie geben kann, wie in den “Grundzügen der Informatik IV” nachgewiesen wird, so gibt es trotzdem eine Methodik des Programmierens. Es gibt zwei Klassen der methodischen Programmentwicklung: 1. man führt eine systematische Überführung der deskriptiven Beschreibung in ein funktionales oder imperatives Programm (Programmsynthese) nach bereits bewiesenen Regeln durch, deren geschickte Auswahl die eigentliche Programmentwicklung bedeutet, oder 2. man hat einen Einfall für ein Verfahren, von dem dann nachträglich geprüft werden muß, ob es der Beschreibung des Systems entspricht (Verifikation). In der Praxis liegt eine Mischform vor. Man führt die Transformation nach bewährten aber noch nicht bewiesenen Regeln durch. Ein intuitiver Einfall ist eine Erweiterung der Regelmenge. Da die Korrektheit der Regel fehlt muß eine Verifikation des Programms durchgeführt werden. Die bewährten Regeln sind leider nur ein individueller Erfahrungsschatz. Eine brauchbare Systematik liegt noch nicht vor. Ihre Aufgabe ist es, sich dieses Regelwissen anzueignen. Hat man ein Verfahren (Algorithmus) gefunden, das der Anforderung entspricht, und hat man dieses Verfahren in einer imperativen oder funktionalen Sprache dargestellt (Programm), dann geht der Rest weitgehend automatisch. Das funktionale oder imperative Programm wird durch ein spezielles Programm (Übersetzer oder Compiler) in ein Maschinenprogramm übersetzt, das dann über die Schaltungen interpretiert wird. Programmentwicklung ist ein zu einen Teil intuitiver und zum anderen Teil automatisierter Prozeß, Anforderungen, die informal oder in einer höheren Logik formal beschrieben sind, in Programme überzuführen, die dann über Schaltungen einer Maschine, also durch Interpretation der Aussagenlogik, durchgeführt werden. Programmentwicklung besteht somit aus einer Reihe von Übersetzungen von einer Sprachebene in die nächst “tiefere”, ohne die Bedeutung bei der Übersetzung zu verändern. Es ist ein zentrales Forschungsziel der Informatik, die Übersetzungsschritte immer mehr zu mechanisieren, unter vollem Bewußtsein, daß dies nie vollständig möglich sein wird. Wir können aber auch die andere Richtung betrachten, die die Geschichte der Informatik widerspiegelt: Die Aussagenlogik, realisiert über Schaltungen, erlaubt uns die Konstruktion von Maschinen (Schickard 1623: Rechenuhr), die die arithmetischen Operationen durchführen können. Die Idee, das Verfahren der Berechnung zu codieren und auch in den Rechner abzuspeichern, führt uns zum Rechner, der in der Maschinensprache universal programmierbar ist. 4 Aufgrund der wenigen Ausdrucksmöglichkeiten (mehr würde die Hardwarepreise in die Höhe treiben) der Maschinensprache ist das Programmieren aufwendig und daher fehlerträchtig. 4 Falcon 1728: Webstuhl mit Lochplatten zur Steuerung des Musters, von Jacquard 1805 verbessert, Babbage: digitaler programmgesteuerter Rechner auf mechanischer Basis, Zuse 1934 und Aiken 1944 relaisgesteuerter Rechner, Eckert und Mauchley 1964 röhrengesteuerter Rechner, Zemanek erster transistorgesteuerter Rechner in Europa
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Viel sinnvoller ist es, bei der Bes
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Entsprechend ihrer beabsichtigten B
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Klassen sind rein statische Beschre
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leeren Verweis (d.h. von machen Per
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haben wie z.B. “(jahr:INTEGER)”
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und diese erzeugten Objekte mit Ver
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Bei der Erzeugung von Objekten mitt
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über den Namen eines Attributs Wer
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• Die Veränderung und Auswertung
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3.5 Copy- und Referenz-Semantik In
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3.5.2 expanded: Klassen mit Copy-Se
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class LIST[X] creation new feature
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Dieses Problem wird durch das Konze
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3.7.1 Zusicherungen Eiffel logische
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class ARRAY[X] creation make featur
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class ARRAY[X] creation make featur
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formulieren und zu überwachen. Eig
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3.8.2 Export geerbter Features Norm
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Ist also p ein Personenobjekt und a
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Definition 3.8.5 (Konformität) Ein
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Um die Beschreibung des Typsystems
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Nachkommenklassen aber folgt entity
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deferred class LIST[X] feature leng
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class STUDENT feature universität:
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Das Problem ist nun, daß beide Elt
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Prinzipiell wäre es sogar möglich
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Das bedeutet also, daß die Erbenkl
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Die eigentliche Montage eines Syste
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Verständlichkeit der Module: Die L
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dynamische Semantik: Die dynamische
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Constant ::= Manifest constant | Id
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4.1.2 Grundideen des objektorientie
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jedoch dringend zu empfehlen, jegli
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Der Anwender ist kein echter Klient
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einen Rechner überprüft werden ka
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Definition 4.2.3 (Korrektheit von R
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Programmkonstruktion keine Rolle, d
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Eine Wertzuweisung entity := Ausdru
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4.3.2.1 Die Rolle formaler Paramete
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Für eine korrekt implementierte Pr
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{ pre} Anweisung1 { p} , { p} Anwei
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die alle dieselbe Variable x betref
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4.3.4.4 Verifikation Die Verifikati
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Dieser Beweis ist in der folgenden
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Im allgemeinen ist es sehr schwieri
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from Init invariant Inv variant Var
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Programm Zusicherungen Prämissen n
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entdeckten Fehler stillschweigend h
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Gegenlesen nicht findet(, aber auch
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Die Art der Anweisungen ist nicht a
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4.4.6 Sprachbeschreibung Die nun fo
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Programm nachträglich als korrekt
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Der vollständige Korrektheitsbewei
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Dies ist die Grundidee der sogenann
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Als Initalanweisung genügt es, i m
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Beispiel 4.5.15 (Vertauschen von Se
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Mit einer wichtigen strategischen A
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Seien Sie sich bewußt, daß gerade
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