構造化プログラミング【structured programming】構造化手法

概要

構造化プログラミング（structured programming）とは、コンピュータプログラムの開発や理解、修正を円滑に行えるよう、プログラムを整理された構造の組み合わせによって構成すること。一般的には「順接、反復、分岐の三つの制御構造によって処理の流れを記述すること」と説明されることが多いが、これは本来の定義とは異なる誤解が広まったものだとも指摘される(後段で詳述)。

今日一般的に言われる構造化プログラミングとは、プログラム中のコードの実行順の制御を、記述した順番に実行する「順接」あるいは「順次」（sequence）、指定された条件が成り立つ間繰り返す「反復」あるいは「繰り返し」（iteration）、指定された条件を満たすか否かによって枝分かれする「分岐」あるいは「選択」（selection）の三つのみを組み合わせて記述することとされる。

特に、実行順の制御をこの三つに限定することにより、かつてのプログラミングで多用されていた、指定した任意の位置に無条件に移動する “goto” 文を排除し、処理の流れがあちこちへ飛んで見通しが悪くなるのを防ぐことが重要であると説明される。

構造化定理とその解釈

この原則は1966年にイタリアのコンピュータ科学者コラド・ベーム（Corrado Böhm）とジュゼッペ・ヤコピーニ（Giuseppe Jacopini）が証明した「構造化定理」（Structure theorem）あるいは「構造化プログラム定理」（Structured program theorem）によって基礎付けられているとされる。

確かにこの定理はすべてのアルゴリズムが順接、反復、分岐の三つの組み合わせで記述できることを示してはいるが、計算科学における理論上の可能性を述べており、これによって見通しの良いプログラムを開発できるといった趣旨の主張は含まれていない。

実際、高名なコンピュータ科学者のドナルド・クヌース（Donald Knuth）は、プログラムからgoto文を除去してこの三つの組み合わせに置き換えることにより却って構造が失われる例を示し、構造化定理のこのような解釈を批判している。

ダイクストラの構造化プログラミング

「構造化プログラミング」（structured programming）の語が最初に提唱されたのは1969年にオランダのコンピュータ科学者エドガー・ダイクストラ（Edsger W. Dijkstra）が発表した論文で、本来はこちらが構造化プログラミングの定義であるとされる。

彼の主要な問題意識は、プログラムの規模が大きくなっても正しさを容易に検証できるような「良く構造化されたプログラム」（well-structured program）を記述する方法論で、そのためのいくつかの考察と原則を構造化プログラミングという概念でまとめた。

これには、現代では関数やサブルーチンなどとして知られる、プログラムの「段階的な抽象化」（step-wise abstraction）、現代のオブジェクト指向プログラミングに近い、抽象的なデータ構造（abstract data structures）とこれに関連付けられた抽象的な構文（abstract statements）の「共同詳細化」（joint refinement）が含まれる。

これらを適用したプログラムは上下に階層化された交換可能なモジュール（部品）を連結したような構造になると指摘し、これを真珠のネックレスの構造に例えて説明している。

この論考には構造化定理も三つの制御構文もgoto文も登場せず、構造化プログラミングの本来の概念とこれらとはあまり関係がない。しかし、ダイクストラが別の機会に発表したgoto文の濫用に疑問を呈する論説（1968年の “Go To Statement Considered Harmful” ）や、他の論者とのいわゆる「goto文論争」、また、「構造化定理」と「構造化プログラミング」の名称の類似性などを通じて、次第に「三つの制御構文」式の理解が広まっていったと考えられている。

(2018.12.29更新)