「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]]上での処理の流れを明瞭かつ平易化を目的にしするための手法であり、る。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]]の仕組みも加えられることがある。制御構造は、構造化文（''structured statement''）または制御フロー文（''control flow statement''）とも呼ばれる。

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1968年の[[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、1969年の[[NATO]]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、いてこちら側の名称で知られるようになった。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。

なお、1969年の論文の内容はプログラムの構造設計に関するものであり、抽象から細部へのトップダウン設計、段階的な抽象化、階層的なモジュール化、抽象データ構造と抽象ステートメントを定義するモジュール、まとめた共同詳細化といった考え方が提唱されていた<ref name="structured_programming">[http://homepages.cs.ncl.ac.uk/brian.randell/NATO/nato1969.PDF E. W. Dijkstra, “Structured Programming”, In ''Software Engineering Techniques'', B. Randell and J.N. Buxton, (Eds.), NATO Scientific Affairs Division, Brussels, Belgium, 1970, pp. 84–88.]</ref>。

== 制御構造の概要とは ==

{{main|ミルズの構造化プログラミング}}[[制御構造]]（''control structures''）とは、サブ[[goto文]]によるフロー分岐やループ表現を、[[if文]]による選択構文や[[while文]]による反復構文に置き換えるためのプログラム（''subprogram''）単位で記述され法を意味している。サブプログラムベル先にジャンプするというgoto文の機能を、if文やwhile文は「特定のプログラム部分だけを構成実行する一定量の命令コードを意味し」という概念に置き換えており、[[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''）の総称であいる。ステgoto文によるフロートメント分岐用途は命令コ、デードタの一照合/比較結果によって次に実行を意味する。ブプロックは一行以上グラム部分のステートメントをま選択とめたものである。サブル、デーチンは一行以上タのステートメントま照合/比較結果が任意条件を満たは一個以上のブロックを内包してる間だけ繰り返する。サブプログラムは直列状または入れ子状部分の反復という二つのパターンに並べら集約される。それことが経験則で知られていたの実行順序で、これを決定するも専用の記号で形式化したのが制御構造であり、以下の三つがあるった。

<br />'''サブルーチン'''（''subroutine''）は一定量の命令コードを任意の定義名で抽象化し、その実装内容を分離したものである。コードブロックとサブルーチンは相互再帰の関係にある。コードブロックの中のステートメントからサブルーチンが呼び出され、そのサブルーチンの中にもまたコードブロックとステートメントがあるといった具合である。サブルーチンはその終点に達すると復帰（''return''）されて、呼び出したステートメントの次の行に制御が移る。また終点前の任意の位置でも復帰できる。

制御構造の登場は1960年公開のプログラミング言語「[[ALGOL|ALGOL60]]」まで遡る事ができる。1966年に[[コラド・ベーム|ベーム]]とヤコピーニらが順次・選択・反復のフロー万能性を数学的に証明したが、それはあくまで論理的研究だった。1968年の[[エドガー・ダイクストラ|ダイクストラ]]の投書によって制御構造に対する関心は大きく高まった。ただしその物議を醸すタイトル（goto文は有害）を付けたのは[[ニクラウス・ヴィルト|ヴィルト]]であった。1970年代、制御構造の普及を重視していたIBM社の[[ハーラン・ミルズ|ミルズ]]は、1969年にダイクストラが発表してこれも反響を得ていた論文タイトル（構造化プログラミング）を自社の技術セミナーマーケティングに活用する事にし、同時にベームとヤコピーニの証明を独自のタイトル（[[構造化定理]]）で復刻させて信憑性を高めるための技術的裏付けにした。その後、制御構造による構造化プログラミングは一世を風靡した。

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601960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]]によるものが大半だったのであり<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>、すぐに[[スパゲティコード]]化することが多く、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>。1959年に計算機科学者[[ハインツ・ツェマネク]]などは、goto文の多用に警鐘を鳴らす識者はすでに60年代初期から存在論文を発表したている。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いわゆるgoto文論争を巻き起こしすことになった<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>。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意識させることにも貢献している<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681968年に度開催されたの[[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[[北大西洋条約機構|NATO]]ソフトウェア工学会議に、おいてダイクストラは「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。その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年代初期にそれと前後して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、構造化プログラミングに対する世間一般の認識はこちらが事実上のスタンダードと化し方で定着するようになった。

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]]、共同詳細化から始まり、1972年には[[抽象データ型|抽象データ構造]]と、情報隠蔽、階層的プログラム構造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" />。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から始まり、[[オーレ＝ヨハン・ダール|オルヨハン・ダール]]の第三章・階層型プログラム構造で締め括られている。[[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]]の草創[[Simula|Simula67]]の開発者である。