Nassi-Shneiderman-Diagramm

	DIN 66261
Bereich	Programmierung
Titel	Informationsverarbeitung; Sinnbilder für Struktogramme nach Nassi-Shneiderman
Kurzbeschreibung:	Struktogramme
Letzte Ausgabe	1985-11
ISO

Ein Nassi-Shneiderman-Diagramm ist ein Diagrammtyp zur Darstellung von Programmentwürfen im Rahmen der Methode der strukturierten Programmierung. Es wurde 1972/73 von Isaac Nassi und Ben Shneiderman entwickelt und ist in der DIN 66261 genormt. Da Nassi-Shneiderman-Diagramme Programmstrukturen darstellen, werden sie auch als Struktogramme bezeichnet.

Die Methode zerlegt das Gesamtproblem, das man mit dem gewünschten Algorithmus lösen will, in immer kleinere Teilprobleme – bis schließlich nur noch elementare Grundstrukturen wie Sequenzen und Kontrollstrukturen zur Lösung des Problems übrig bleiben. Diese können dann durch ein Nassi-Shneiderman-Diagramm oder einen Programmablaufplan (PAP) visualisiert werden. Die Vorgehensweise entspricht der sogenannten Top-down-Programmierung, in der zunächst ein Gesamtkonzept entwickelt wird, das dann durch eine Verfeinerung der Strukturen des Gesamtkonzeptes aufgelöst wird.

Böhm und Jacopini hatten 1966 nachgewiesen, dass sich jeder beliebige Algorithmus ohne unbedingte Sprunganweisung (GOTO) formulieren lässt. Für Nassi-Shneiderman-Diagramme lassen sich trivial die Kontrollstrukturen moderner Programmiersprachen finden; für Programmablaufpläne kann dies wesentlich schwieriger sein.

Sinnbilder nach DIN 66261

Die meisten der nachfolgenden Strukturblöcke können ineinander geschachtelt werden. Das aus den unterschiedlichen Strukturblöcken zusammengesetzte Struktogramm ist im Ganzen rechteckig, also genauso breit wie sein breitester Strukturblock.

Linearer Ablauf (Sequenz)

Jede Anweisung wird in einen rechteckigen Strukturblock geschrieben. Die Strukturblöcke werden nacheinander von oben nach unten durchlaufen. Leere Strukturblöcke sind nur in Verzweigungen zulässig.

Verzweigung (Alternative)

→ Hauptartikel: Bedingte Anweisung und Verzweigung

Einfache Auswahl [Einfache Verzweigung]

Alternativ: bedingte Verarbeitung, Selektion, einfache Selektion (if) Nur wenn die Bedingung zutreffend (wahr) ist, wird der Anweisungsblock 1 durchlaufen. Ein Anweisungsblock kann aus einer oder mehreren Anweisungen bestehen. Trifft die Bedingung nicht zu (falsch), wird der Durchlauf ohne eine weitere Anweisung fortgeführt (Austritt unten).

Zweifache Auswahl [Alternative Verzweigung]

Alternativ: alternative Verarbeitung, alternative Verzweigung (if then else) Wenn die Bedingung zutreffend (wahr) ist, wird der Anweisungsblock 1 durchlaufen. Trifft die Bedingung nicht zu (falsch), wird der Anweisungsblock 2 durchlaufen. Ein Anweisungsblock kann aus einer oder mehreren Anweisungen bestehen. Austritt unten nach Abarbeitung des jeweiligen Anweisungsblocks.

Verschachtelte Auswahl

Es folgt eine weitere Bedingung. Die Verschachtelung ist ebenso im Nein-Fall (noch) möglich.

Fallauswahl

Besonders bei mehr als drei abzuprüfenden Bedingungen geeignet: Der Wert von „Variable“ kann bedingt auf Gleichheit wie auch auf Bereiche (größer/kleiner bei Zahlen) geprüft werden und der entsprechend zutreffende „Fall“ mit dem zugehörigen Anweisungsblock wird durchlaufen (switch, select). Eine Fallauswahl kann stets in eine verschachtelte Auswahl umgewandelt werden – etwa wenn die später eingesetzte Programmiersprache Fallauswahlen nicht kennt.

Wiederholung (Iteration)

→ Hauptartikel: Schleife (Programmierung)

Zählergesteuerte Schleife

Wiederholungsstruktur, bei der die Anzahl der Durchläufe festgelegt ist (for). Als Bedingung muss eine Zählvariable angegeben und mit einem Startwert initialisiert werden. Ebenso muss ein Endwert und die (Zähl-)Schrittweite angegeben werden. Nach jedem Durchlauf des Schleifenkörpers (Anweisungsblock 1) wird die Zählvariable um die Schrittweite inkrementiert (bzw. bei negativer Schrittweite dekrementiert) und mit dem Endwert verglichen. Ist der Endwert überschritten bzw. unterschritten, wird die Schleife verlassen.

Abweisende (vorprüfende – kopfgesteuerte) Schleife

Wiederholungsstruktur mit vorausgehender Bedingungsprüfung (while). Der Schleifenkörper (Anweisungsblock 1) wird nur durchlaufen, wenn (und solange) die Bedingung zutreffend (wahr) ist. Diese Symbolik wird auch für die Zählschleife (Anzahl der Durchläufe bekannt) benutzt.

Nicht abweisende (nachprüfende – fußgesteuerte) Schleife

Wiederholungsstruktur mit nachfolgender Bedingungsprüfung für den Abbruch (loop). Der Schleifenkörper (Anweisungsblock 1) wird mindestens einmal durchlaufen, auch wenn die Bedingung von Anfang an nicht zutreffend (falsch) war.

Endlosschleife

Wiederholungsstruktur, die allenfalls durch einen Aussprung (break) verlassen werden kann.

Aussprung

Der Aussprung (break; auch Exit genannt) stellt die Beendigung eines Programmteils dar. Er sollte nicht mit der unbedingten Sprunganweisung (goto) verwechselt werden, die Nassi und Shneiderman mit den Struktogrammen vermeiden wollten.

Aufruf

Symbol für den Aufruf eines Unterprogramms bzw. einer Prozedur, Funktion oder Methode. Nach deren Durchlauf wird zu der aufrufenden Stelle zurückgesprungen und der nächstfolgende Strukturblock durchlaufen. Dieses Symbol ist nicht genormt.

Füllregeln

Allgemeingültigkeit

Struktogramme sollten keine programmiersprachenspezifische Befehlssyntax enthalten. Sie müssen so programmiersprachenunabhängig formuliert werden, dass die dargestellte Logik einfach zu verstehen und als Codiervorschrift in jede beliebige Programmiersprache umzusetzen ist.

Deklaration

Weil sie ursprünglich für prozedurale Programmiersprachen entwickelt wurden, bildete man in Struktogrammen nur die Prozedur und keine Deklarationsbereiche von Variablen und Konstanten ab (einfaches Struktogramm). Dadurch ist jedoch nicht sofort deutlich, welcher Datentyp einer Variablen zugeordnet werden muss. Die Deklaration von Variablen und Konstanten ist im ersten Anweisungsblock vorzunehmen. Diese Nassi-Shneiderman-Diagramme bezeichnet man dann als erweiterte Struktogramme.

Exklusivität

Jede Anweisung erhält einen eigenen Strukturblock (Sinnbilder nach DIN 66261). Selbst mehrere Anweisungen gleicher oder ähnlicher Art dürfen nicht in einem Strukturblock zusammengefasst werden.

Jede Anweisung muss mindestens aus einer Zuweisung bestehen (beispielsweise Zielvariable ← Zielvariable * AndereVariable). Eine Zuweisung wird durch einen nach links gerichteten Pfeil dargestellt. Ältere Struktogramme benutzen alternativ aus alten Pascal-Zeiten als Zuweisungszeichen den Doppelpunkt gefolgt vom Gleichheitszeichen (Zielvariable := Zielvariable * AndereVariable). Das Ziel einer Anweisung steht immer links vom Zuweisungszeichen. Rechts davon steht die Quelle.

Über jedes Struktogramm gehört ein Name, um die Identifikation durch Ereignis- oder (Unter-)Programmaufrufe gewährleisten zu können.

Praxisrelevanz

In der Softwareentwicklung werden Nassi-Shneiderman-Diagramme heute selten eingesetzt. Dort werden vorrangig erweiterte Programmablaufpläne (Aktivitätsdiagramme der UML) verwendet.

Im Informatik-Unterricht der Sekundarstufe II werden Struktogramme verwendet, damit Schüler den Aufbau logischer Abläufe, die für die Programmierung nötig sind, trainieren können. Die Erstellung von Struktogrammen aufgrund von Beschreibungen betrieblicher Problemstellungen, die wegen wiederkehrender gleicher Vorgehensweise automatisiert werden können, ist immer noch Bestandteil vieler schulischer Abschlussprüfungen.

In der Entwicklungsumgebung EasyCODE wird direkt anhand von Nassi-Shneiderman-Diagrammen der Programmfluss festgelegt.

Beispieldiagramme

Einfaches Struktogramm

Das folgende Beispiel zeigt den Ablauf des euklidischen Algorithmus zur Berechnung des größten gemeinsamen Teilers zweier Zahlen.

als Nassi-Shneiderman-Diagramm ...	... und in Pascal:
	PROGRAM GGT(Input,Output); VAR a,b: Integer; BEGIN ReadLn(a,b); WHILE (a > 0) AND (b > 0) DO IF a > b THEN a := a-b; ELSE b := b-a; IF b=0 THEN WriteLn(a) ELSE WriteLn(b) END.

Erweitertes Struktogramm

als Nassi-Shneiderman-Diagramm ...

... und die Umsetzung in VBA:

 
  Option Explicit
  Private Sub btnZensur_Click()
    Dim intZensur As Integer, strZensur As String
    intZensur = InputBox("Geben Sie die Zensur als Zahl ein.")
    Select Case intZensur
       Case 1: strZensur = "sehr gut"
       Case 2: strZensur = "gut"
       Case 3: strZensur = "befriedigend"
       Case 4: strZensur = "ausreichend"
       Case 5: strZensur = "mangelhaft"
       Case 6: strZensur = "ungenügend"
       Case Else: strZensur = "ungültig"
    End Select
    MsgBox "Ihre eingegebene Zensur in Worten: " & strZensur
  End Sub

Software

• Struktogrammeditor – Struktogramme online erstellen und ablaufen lassen.
• Nassi-Shneiderman-Diagramm Word Vorlage – Vorlage mit Macros und Symbolleiste für MS-Word, Freeware.
• Struktogramme.dot - MS Word-Vorlage, Freeware.
• struktex – LaTeX-Paket zum Erzeugen von Nassi-Shneiderman-Diagrammen.
• nassflow – LaTeX-Paket zum Erzeugen von Nassi-Shneiderman-Diagrammen.
• PyNassi – Struktogramme für Python, die Freeware kann aus den Struktogrammen Python-Quelltext generieren. Siehe auch Ingo Linkweiler: PyNassi.
• Structorizer – Nassi-Shneiderman Diagramm-Editor für Linux, Mac OS X & Microsoft Windows (GPL).
• Vips – Visual Programming with Structograms – visueller Editor für Struktogramme für Windows und Linux, Freeware.
• Struktogrammeditor – einfacher grafischer Struktogrammeditor mit Drag & Drop Funktion (Java erforderlich, Freeware).
• Code::Blocks: quelloffene Entwicklungsumgebung für C, C++, D und Fortran; mit NassiShneiderman plugin um Struktogramme zu erstellen.
• struktor: a Nassi–Shneiderman diagram editor and executor in Java - quelloffenes Java-Applet um Struktogramme zu bearbeiten. Siehe auch Kim Neunert: learn2prog - Struktogramme zeichnen und ablaufen lassen.
• Nessi - quelloffener Editor für Nassi–Shneiderman-Diagrammen (in Java).
• NSD-Editor - quelloffener Editor in Borland Delphi; kann Nassi–Shneiderman-Diagramme aus Quellcode in C und Pascal generieren. Siehe auch: University of Fribourg (Zwitserland) - Department of Informatics: NSD-Editor Nassi-Shneiderman Diagram-Editor: Student project of Marcel Kalt.
• EasyCODE – Nassi–Shneiderman-Entwicklungsumgebung, die mehrere Programmiersprachen unterstützt (C#, C++, C, Java, Cobol).
• Atego's BlueRiverX32 – Nassi–Shneiderman-Entwicklungsumgebung für C und C++.
• Moritz - quelloffenes "Addon" für Doxygen, dass Nassi–Shneiderman-Diagramme für Funktionen in C/C++ generieren kann.

Siehe auch

• Jackson-Diagramm

Weblinks

• Literatur zum Nassi-Shneiderman-Diagramm im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• DIN 66261: Sinnbilder für Struktogramme nach Nassi-Shneiderman