「構造化プログラミング」の版間の差分

'''構造化プログラミング'''（こうぞうかプログラミング、{{lang-en-short|''structured programming''}}）とは、コンピュータプログラムの明瞭化を目的にした手法であり、一般的には順接、分岐、反復の三つの'''制御構造'''（''control structures''）によって、処理の流れを記述することであると認識されている<ref>{{Cite web|title=構造化プログラミングとは - IT用語辞典|url=http://e-words.jp/w/%E6%A7%8B%E9%80%A0%E5%8C%96%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%9F%E3%83%B3%E3%82%B0.html|website=IT用語辞典 e-Words|accessdate=2020-06-01|language=ja}}</ref><ref>{{Cite web|title=構造化プログラミング - 意味・説明・解説 : ASCII.jpデジタル用語辞典|url=https://yougo.ascii.jp/caltar/%E6%A7%8B%E9%80%A0%E5%8C%96%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%9F%E3%83%B3%E3%82%B0|website=yougo.ascii.jp|accessdate=2020-06-01}}</ref>。[[ブロック (プログラミング)|コードブロック]]と[[サブルーチン]]も加えられることがある。

このプログラミング手法の普及に貢献したのは、1968年の計算機科学者[[エドガー・ダイクストラ]]による[[Association for Computing Machinery|ACM]]機関紙への投書「''Go To Statement Considered Harmful''」と言われている。しかし、翌1969年に同じくダイクストラが[[NATO]]科ソフトウェア工学会議で発表した論文名「''Structured Programming''」との混同を招き、こちら側の名称で知られるようになってデファクトスタンダード化した。以来、国内外の多くの書籍において構造化プログラミングは、制御構造に関する説明に結び付けられているのが現状である。

{{main|ミルズの構造化プログラミング}}[[制御構造]]（''control structures''）は、サブプログラム（''subprogram''）単位で記述される。サブプログラムとはプログラムを構成する一定量の命令コードを意味しており、[[ステートメント]]（''statement''）[[コードブロック|ブロック]]（''block''）[[サブルーチン]]（''subroutine''）の総称である。ステートメントは命令コードの一行を意味する。ブロックは一行以上のステートメントをまとめたものである。サブルーチンは一行以上のステートメントまたは一個以上のブロックを内包する。サブプログラムは直列状または入れ子状に並べられる。それらの実行順序を決定するものが制御構造であり、以下の三つがある。

構造化プログラミングの誕生は、1960年代から浮上した[[ソフトウェア危機]]問題と密接に結びついている。ソフトウェア危機とはコンピュータ性能の進化に伴うソフトウェア要求度の高まりが、プログラムサイズの際限無い肥大化と複雑化を招き、近いうちに現実的な期間内でのプログラム開発が不可能になるだろうとする悲観的予測である{{#tag:ref|[[ソフトウェア危機]]の始まりと構造化プログラミングの歴史について<ref name="the_science_of_programming"/>の第23章に詳しい。|group="注釈"}}。実際に60年代のソフトウェア開発現場では仕様不一致、納期遅れ、予算超過といった事態が頻発していた<ref name="the_science_of_programming">{{cite book |first=D.|last=グリース |authorlink=:en:David Gries|title=プログラミングの科学 |translator=筧捷彦 |publisher=培風館 |year=1991 |isbn=4563007943}}</ref>。当時のプログラムは[[goto文]]を多用するタコ足[[フローチャート]]によるものが大半であり<ref name="program_design_chap6sec1">山崎利治, "流れ図", ''プログラムの設計'', 共立出版, 1990, pp.110-113. ISBN 4320023781</ref>、複雑怪奇なジャングルフロー図と化しているものも珍しくなかった<ref name="structured_programming_with_go_to_statements">{{Cite journal|last=Knuth|first=D. E.|year=1974|title=Structured Programming with go to Statements Computing Surveys|journal=ACM, New York, NY, USA|volume=6|number=4|pages=261-301|id={{citeseerx|10.1.1.103.6084}}|authorlink=ドナルド・クヌース}}</ref>。計算機科学者[[ハインツ・ツェマネク]]などgoto文の多用に警鐘を鳴らす識者はすでに60年代初期から存在した。1960年に公開されたプログラミング言語「[[ALGOL|ALGOL60]]」は、BEGINとENDで区切られたコードブロックを制御するIF選択文とFOR反復文を初めて提供していた。1966年に計算機科学者[[コラド・ベーム]]とジュゼッペ・ヤコピーニは、あらゆるフローチャートは連結順次・選択・反復の組み合わせで表現できることの数学的証明をし、これは[[構造化定理|ベームとヤコピーニの証明]]と呼ばれた<ref name="flow_diagrams_turing_machines_and_languages_with_only_two_formation_rules">{{Cite journal|last=Böhm|first=C.|last2=Jacopini|first2=G|year=1966|title=Flow Diagrams, Turing Machines And Languages With Only Two Formation Rules|journal=Communications of the ACM|volume=9|issue=5|pages=366-371|id={{citeseerx|10.1.1.119.9119}}|journl=ACM, New York, NY, USA}}</ref>。計算機科学者[[ドナルド・クヌース]]は、これらの潮流を構造化文（''structured statement''）の第一幕と定義した<ref name="structured_programming_with_go_to_statements" />。

1968年、計算機科学者[[エドガー・ダイクストラ]]の[[Association for Computing Machinery|ACM]]機関紙への投書「Go To Statement Considered Harmful<ref name="go_to_statement_considered_harmful">{{Cite journal|id={{citeseerx|10.1.1.132.875}} |author=E. Dijkstra |authorlink=エドガー・ダイクストラ |title=Go To Statement Considered Harmful |journal=Communications of the ACM |volume=11 |issue= 3 |year=1968 |pages= 147-148 }}</ref>」は、その物議を醸す題名でソフトウェア界隈に大きないわゆるgoto文論争を巻き起こした<ref name="bit1975_go_to_statement_considered_harmful">{{cite|author=E.W.ダイクストラ|authorlink=エドガー・ダイクストラ|title=GO TO 論争：第1部 go to 文有害説|translator=木村泉|journak=bit|volume=7|issue=5|year=1975|pages=6-9|publisher=共立出版}}</ref><ref name="bit1975_goto_controversy">{{cite |editor=B.リーヴェンワス編 |title=GO TO 論争：第2部 GO TO 論争 |translator=木村泉 訳 |journal=bit |volume=7 |issue=5 |year=1975 |pages=10-26 |publisher=共立出版 }}</ref>。同時に構造化goto文論争は当時のプログラマたちに構造化文をより強く認意識されせることにも貢献しているようなった<ref name="bit1975_explanation">木村泉, "GO TO 論争：第3部 解説", ''bit'', Vol.7, Issue 5, 1975, pp.27-39, 共立出版.</ref>。これを構造化文の第二幕と定義したクヌースは「第二幕はそのムーブメントの大きさによって多くの人にとっての第一幕になった」と自著で述べた<ref>有澤誠訳『文芸的プログラミング』p.45</ref>。同68年に開催された[[北大西洋条約機構|NATO]]ソフトウェア工学会議で「[[ソフトウェア危機]]」は正式な用語になり<ref name="software_engineering_conferences1968">[http://homepages.cs.ncl.ac.uk/brian.randell/NATO/nato1968.PDF B. Randell and J.N. Buxton, (Eds.), ''Software Engineering'', NATO Scientific Affairs Division, Brussels, Belgium, 1969.]</ref>計算機科学分野共通の懸案事項になった<ref name="from_craft_to_scientific_discipline" />。翌1969年度開催の同会議に、ダイクストラは「Structured Programming<ref name="structured_programming" />」と名付けた論文を寄稿した。これが「構造化プログラミング」の正式な初出である。内容はソフトウェア危機解決策としての[[正当性 (計算機科学)|ソフトウェア正当性]][[プログラム検証|検証技術]]の確立に焦点を当てたものであり、[[トップダウン設計とボトムアップ設計|トップダウン設計]]、[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]、[[モジュール|モジュール化]]といったプログラム全体の構造設計手法が提唱されていた。goto文回避など構造化文に関する事柄は数行に留まっていたが{{#tag:ref|"statements transferring control to labelled points" という言葉で一応 goto 文に触れている<ref name="structured_programming" />|group="注釈"}}、goto文論争に熱心なプログラマたちの間ではこの論文を昨年の投書の延長と見る向きも少なからず存在していた。後年のダイクストラは構造化プログラミングという言葉を作った際に二つの失敗をしたと述べている。商標登録しなかった事と、厳密な定義化を避けた事である<ref name="also_speech_dijkstra">和田英一, "ダイクストラかく語りき", ''bit'', Vol.9, Issue 1, 1977, pp.4-6, 共立出版. </ref><ref name="from_craft_to_scientific_discipline">{{cite |naid=110002753409 |authir=E.W.ダイクストラ |title=プログラミング−工芸から科学へ |journal=情報処理 |volume=18 |number=12 |year=1977 |page=1248-1256 |publisher=情報処理学会 }}</ref>。

ダイクストラとは別に、1970年代初期の産業プログラム分野では制御構造（''control structures''）を基軸に据えた[[フローチャート]]設計技法が積極的に導入されていた。[[IBM|IBM社]]の上席研究員[[ハーラン・ミルズ]]は制御構造を重視し、[[ニューヨーク・タイムズ|ニューヨークタイムズ社]]のニュースアーカイブシステム構築のプロジェクトで大きな成功を収めていた。順次・選択・反復の制御構造は、IBM社のプログラミング規範をまとめたImproved Programming Technologies通称「IPT」に採用され、後に同社の技術セミナーなどを通して広く流布されるようになった<ref name="program_design_chap6sec2">山崎利治, "構造的プログラミング", ''プログラムの設計'', 共立出版, 1990, pp.113-142. </ref><ref name="tamai_40years_se">{{cite|url=http://www.graco.c.u-tokyo.ac.jp/~tamai/pub/40yearsSE.pdf|format=PDF|author=玉井哲雄|title=ソフトウェア工学の40年|journal=情報処理|volume=49|number=7|year=2008|pages=777-784|naid=110006830060}}</ref>。同70年代初期に計算機科学者デビッド・ハレルは、前述のベームとヤコピーニの証明に「[[構造化定理|Structure theorem]]''」''という全く新しい題名を付けて[[Association for Computing Machinery|ACM]]機関紙上などで紹介した<ref name="sp_theory_and_practice">Linger,R.C., Mills, H.D., Witt, B.I., ''Structured Programming: Theory and Practice'', Addison-Wesly, 1979. </ref><ref name=":0" group="注釈">[http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~dharel/SCANNED.PAPERS/OnFolkTheorems.pdf Harel,David (1980)."On Folk Theorems"(PDF)]のP381の左列の中央にハーラン・ミルズ（Harlan Mills）が未公表の講義資料の中で "The Structure Theorem" と名付けたことが書かれている。この資料の出典[67]が1972年のため構造化定理が発明されたのは1970年代初頭と推測される。</ref>。ハレルはこの命名がハーラン・ミルズの提案であったことを後年に明かしている<ref name=":0" />。構造化定理はIPTの合理性を裏付ける根拠として盛んに引用されたので、構造化（''Structured''）プログラミングと言えばIBM社の発明品だと信じるプログラマたちも続出した<ref name="classics_in_software_engineering">Edward Nash Yourdon ed., "Introduction (Chief Programmer Team Management of Production Programming)", ''Classics in Software Engineering'', YOURDON inc., 1979, pp.63-64. </ref>。その違いを指摘して本来のダイクストラ流を改めて紹介する動きもあったが、抽象化に傾倒するダイクストラ理論は産業界ではむしろ不人気でさえあった<ref name="problems_of_programming_methodology">{{cite journal|author=木村泉|year=1975|title=プログラミング方法論の問題点：超職業的プログラミングについて|journal=情報処理|volume=16|number=10|pages=841-847|publisher=情報処理学会|naid=110002720277}}</ref><ref name="algorithm_representation_theory">木村泉, 米澤明憲, ''算法表現論'', 岩波書店, 1982. </ref><ref name="out_of_thier_minds">D.シャシャ, C.ラゼール, "エズガー・W・ダイクストラ", ''コンピュータの時代を開いた天才たち'', 鈴木良尚 訳, 竹内郁雄 監訳, 日経BP社, 1998, pp.61-74. ISBN 4822280462</ref>。クヌースの言葉を借りれば、構造化文の第三幕は[[IBM|IBM社]]と[[ハーラン・ミルズ]]がプロモートした制御構造の舞台になり、こちらが事実上のスタンダードと化した。

「Structured Programming」という用語自体を生み出したのは計算機科学者[[エドガー・ダイクストラ]]であり、1969年のNATOソフトウェア工学会議で発表された論文が初出とされている。彼は2001年の[https://www.cs.utexas.edu/users/EWD/transcriptions/EWD13xx/EWD1308.html ノート]で、自分が作り出した「構造化プログラミング」という用語は結局異なる解釈で持ち去られてしまったと述べている<ref>{{Cite web|url=https://www.cs.utexas.edu/users/EWD/transcriptions/EWD13xx/EWD1308.html|title=What led to “Notes on Structured Programming”|accessdate=2020-1|publisher=}}</ref>。

ダイクストラが提唱した構造化プログラミングは、[[正当性 (計算機科学)|プログラム正当性]][[プログラム検証|検証]]技術の確立を主な目的にして構想された数々のソフトウェア開発プログラム設計理論の複合体である。遅くとも1967年からその構想は始められていた。1968年の[[goto文]]に依存しないシーケンスの制御、1969年の[[トップダウン設計とボトムアップ設計|トップダウン設計]]、[[抽象化 (計算機科学)|抽象化]]、[[モジュール化]]から始まり、1972年には[[抽象データ型|抽象データ構造]]と情報隠蔽といった考えも取り上げられていた<ref name="languages_for_structured_programming">{{cite journal|last=筧|first=捷彦|year=1975|title=ストラクチャード・プログラミング用言語|journal=情報処理|volume=16|number=10|page=856-863|publisher=情報処理学会|naid=110002720279}}</ref><ref name="problems_of_programming_methodology" /><ref name="program_design_chap6sec2" />。ただし実際1972年の共著は、ダイクストラの第一章・構造化プログラミング言語仕様などに具体化される事はなく、あくから始までソフトウェアアり、[[オーキテククチャとしてレ＝ヨハン・ダール|オルヨハン・ダール]]の理論提唱に留まっ第三章・階層型プログラム構造で締め括られている。数々の後発[[オーレ＝ヨハン・ダール|ダール]]は[[オブジェクト指向プログラミング言語に影響を与えている]]のは衆目草創[[Simula|Simula67]]の一致するところ開発者である。

{{main|goto文#goto文論争}}1968年のCommunications of the [[Association for Computing Machinery|ACM]]に投書されたこの「Go To Statement Considered Harmful<ref name="go_to_statement_considered_harmful" />」は、そのセンセーショナルなタイトルでプロアマを問わずプログラマたちの間に大きな論争を巻き起こした。それは同時にプログラミング言語[[ALGOL]]から実装されていた順次接・選択分岐・反復の制御構造への関心を高めることにも貢献した。その論旨は次の通りである。

ダイクストラは「Go To Statement Considered Harmful<ref name="go_to_statement_considered_harmful"/>」および「Structured Programming<ref name="structured_programming"/>」において、好ましい構造として手続き呼び出しの他に、順次接・反復・分岐の3つを挙げた。[[Pascal|PASCAL]]の開発者[[ニクラウス・ヴィルト]]はこれらを構造化文（structured statement）と呼んだ<ref name="systematic_programming"/>。goto文を避けて構造化文を用いるようプログラマーに教えることが、構造化プログラミングの伝統的な知恵である<ref name="sp_in_introductory_programming_courses">C.A.R.Hoare, "Structured programming in introductory programming courses", ''Structured Programming'', Infotech state of the art report, 1976, pp.257-263, Infotech International. </ref>。

# 順次接（concatenation）: 順接、順構造とも言われる。プログラムに記された順に、逐次処理を行なっていく。プログラムの記述とコンピュータの動作経過が一致するプログラム構造である。

# 反復（selection）（repetition）: 一定の条件が満たされている間処理を繰り返す。

# 分岐（repetition）（selection）: ある条件が成立するなら処理Aを、そうでなければ処理Bを行なう。

ダイクストラ、[[オルヨハン・ダール]]、[[アントニー・ホーア]]らによる1972年の共著「Structured Programming<ref name="structured_programming_72">O.-J. Dahl and E. W. Dijkstra and C. A. R. Hoare, ''Structured Programming'', Academic Press, London, 1972</ref>」では、Simula計算機科学界の錚々たる三名による三章構成で、第一章はエドガー・ダイクラスを使トラの「structured programming」、第二章は[[アントニー・ホーア]]の「data structuring」、第三章は[[オルヨハン・ダール]]の「hierarchical program structures」となっていた。結びの章の「階層型プログラム構造」を著したダールは[[Simula|Simula67]]の開発者である。Simula67はオブジェクト指向プログラミングの草分けであり、この章名からクラスの継承による階層化の考え方も紹介され構造を重視していたことが伺える。これらダイクストラの考え方構造化プログラミングは後、制御構造文と構造化定理の本格的影に隠れながらも、Simula67をモデルにしたオブジェクト指向へとプログラミング発展すの歴史に組み込まれて受け継がれていったと言える。例えば1983年に[[C++の]]を開発者であるした[[ビャーネ・ストロヴストルップ]]はオブジェクト指向について解説した記事「What Is Object-Oriented Programming?<ref name="what_is_object-oriented_programming">Bjarne Stroustrup, “What Is Object-Oriented Programming?”, In ''IEEE Software'', Vol. 5, Issue. 3, IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA, USA, 1988, pp. 10-20</ref>」において、オブジェクト指向を抽象データ構造と階層型プログラム構造の発展形としてオブジェクト指向を解説し、そ同時にSimula67のための手段としてSimulaの機能言語仕様を紹介している。

ダイクストラ提唱の構造化プログラミングを支持する[[ドナルド・クヌース]]は、1974年に自著「Structured Programming with go to Statements<ref name="structured_programming_with_go_to_statements" />」を上梓し、その中でgoto-lessの本質に関する補足と解説を加えた。これは当時のgoto文論争に一つの区切りを付けたと見なされているものであったが、幅広範囲のい認知を得るには到らなかったようでず同様の論争はその後も泥炭の火災の如くように燻ぶり続けた。1970年代後半からマイコンが普及して[[BASIC]]などを扱うパーソナルユーザーが増えると、goto命令を使わないのが構造化プログラミングといった見解が取り上げられて再び議論が始まるなど、この論争の影響は後年まで残った<ref group="注釈">直接は無関係だが、ダイクストラはBASIC批判の急先鋒でもあった。マイコン普及以前の1970年代に既に、BASICでプログラミング教育をすべきでない、と強く主張している（[https://en.wikiquote.org/wiki/Edsger%20W.%20Dijkstra#How_do_we_tell_truths_that_might_hurt?_(1975) wikiquote:Edsger W. Dijkstra#How do we tell truths that might hurt? (1975)]）。</ref>。

* 金山裕 編, "構造的プログラミング −批判と支持−", ''bit'', Vol.7, Issue 7, 1975, pp.6-13, 共立出版.</ref>をするためのプログラムは良よく構造化（''well-structured''）されていなくてはならず、そのために提唱された技法が構造化プログラミングであった{{#tag:ref|すなわち、プログラム検証と構造化プログラミングとは不可分の関係にある。|group="注釈"}}<ref>所与のプログラムの正しさを後付けで証明することは、はじめから証明を意識して作られたプログラムの場合より難しいことが経験的に知られている、と言われる。

* E.W.Dijkstra, "Programming methodologies, their objectives and their nature", ''Structured Programming'', Infotech state of the art report, 1976, pp.205-212, Infotech International.</ref>。1967年のノート「Towards Correct Programs」でダイクストラは良よく構造化（''well-structured''）するための三つのメンタルツール（''mental tool''）をこのように提示している。

# 列挙（enumeration）： 一人の人間の能力でできる範囲でプログラムの命令の妥当性を一つ一つ確認していく作業　→　順次接、分岐

*[[Pascal|PASCAL]]