Instrukcja warunkowa

Instrukcja warunkowa – element języka programowania, który pozwala na wykonanie różnych instrukcji w zależności od tego czy zdefiniowane przez programistę wyrażenie logiczne jest prawdziwe, czy fałszywe. Możliwość warunkowego decydowania o tym, jaki krok zostanie wykonany w dalszej kolejności jest jedną z podstawowych własności współczesnych komputerów – dowolny model obliczeń zdolny do wykonywania algorytmów (tj. równoważny maszynom Turinga) musi ją posiadać^[1].

W imperatywnych językach programowania używa się terminu instrukcja warunkowa, podczas gdy w programowaniu funkcyjnym preferowane są nazwy wyrażenie warunkowe lub konstrukcja warunkowa, gdyż posiadają one inną zasadę działania.

Warunki w maszynach Turinga

W teorii złożoności obliczeniowej maszyna Turinga jest wzorcowym, matematycznym modelem obliczeń komputerowych zdolnym do wykonywania algorytmów^[2]. Składa się ona z nieskończonej taśmy podzielonej na komórki z symbolami oraz głowicy. W każdym kroku głowica może zmienić symbol nad aktualnie przeglądaną komórką, zmienić swój stan oraz przesunąć się w lewo lub w prawo. Program definiowany jest jako tablica stanów i dopuszczalnych przejść między nimi w zależności od widzianego symbolu^[3]. Możemy ją rozpatrywać jako rodzaj warunku, a każdy krok obliczeń – jako jego ewaluację^[4]. Przykładowo, element tablicy przejść ${\displaystyle \delta (2,a)\to (4,c,\leftarrow )}$ może być rozumiany jako warunek „jeśli jesteśmy w stanie 2 i widzimy symbol a, przechodzimy do stanu 4, zapisujemy symbol c i przesuwamy się w lewo”.

Rodzaje instrukcji warunkowych

We współczesnych językach programowania można spotkać wiele rodzajów instrukcji warunkowych.

If-Then

Podstawowym rodzajem instrukcji warunkowej jest If-Then. Jest spotykany w większości języków programowania i umożliwia warunkowe wykonanie określonego bloku kodu, a jeśli warunek nie jest spełniony – alternatywnego bloku. Pomiędzy językami występują nieznaczne różnice składniowe, ale ogólny schemat w pseudokodzie zawsze wygląda następująco:

if warunek then
    właściwy blok kodu
else
    alternatywny blok kodu
end if

Na początku wykonywana jest ewaluacja warunku podanego w postaci wyrażenia logicznego. Jeśli wynikiem jest true, wykonywany jest właściwy blok kodu, a jeśli false – alternatywny. Następnie program kontynuuje od pierwszej komendy po end if.

Wiele języków programowania umożliwia zdefiniowanie więcej niż jednego warunku do sprawdzenia przy pomocy opcjonalnego bloku else-if:

if warunek 1 then
    pierwszy blok kodu
else-if warunek 2 then
    drugi blok kodu
else-if warunek 3 then
    trzeci blok kodu
else
    alternatywny blok kodu
end if

W tym wypadku warunki ewaluowane są po kolei do momentu, gdy któryś z nich nie da wartości true – wykonywany jest wtedy przypisany mu blok kodu. Jeśli żaden z warunków nie będzie prawdziwy, wykonywany jest blok alternatywny. Bez względu na ilość prawdziwych warunków, zawsze wykona się tylko pierwszy z nich, a pozostałe zostaną pominięte.

W pewnych językach programowania dostępna jest konstrukcja analogiczna do opisanej wyżej instrukcji warunkowej, której działanie jest jednak odwrotne do powyższego, tzn. pierwszy blok kodu wykonywany jest, gdy warunek 1 nie jest spełniony, a inne warunki fraz else w przeciwnym razie. Jest to więc równoważnik konstrukcji if not(warunek) then instrukcja. Dla odróżnienia od konstrukcji pierwotnej stosuje się w tym przypadku inne słowo kluczowe, np. unless, w języku BCPL^[5] i pochodnych (np. w język MCPL^[6]), czy także w Perl^[7].

Wyrażenia warunkowe

Wyrażenie warunkowe jest odmianą instrukcji warunkowej If-Then z tą różnicą, że wykonany blok kodu musi zwrócić jakąś wartość, która staje się jednocześnie wynikiem całego wyrażenia. Wyrażenia warunkowe są popularne w funkcyjnych językach programowania.

Operator trójargumentowy

Osobny artykuł: Operator warunkowy.

W językach wywodzących się z C dostępny jest trójargumentowy operator zwany także operatorem wyrażenia warunkowego. Schemat składni jest następujący:

(warunek)? (wyrażenie, gdy warunek jest prawdziwy): (wyrażenie, gdy warunek jest fałszywy)

Efektem jego działania jest wartość drugiego lub trzeciego wyrażenia. Umożliwia on osadzanie warunków wewnątrz wyrażeń, np.

zmienna = (a > 5) ? (a * 7) : (a - 3);

Jako funkcja

W językach Visual Basic oraz SQL warunek jest funkcją trójargumentową. Działa ona trochę inaczej, niż klasyczne wyrażenie warunkowe, gdyż w trakcie wykonywania obliczana jest zawsze zarówno „prawdziwa”, jak i „fałszywa gałąź”, a funkcja zwraca po prostu wynik jednej z nich, drugi odrzucając.

Arytmetyczny If

Język Fortran do wersji Fortran 77 obsługiwał tzw. arytmetyczny If będący czymś pomiędzy klasycznym Ifem a przypadkiem instrukcji wyboru bazującym na trychotomii ${\displaystyle x<0,}$ ${\displaystyle x=0,}$ ${\displaystyle x>0.}$ Był to najwcześniejszy rodzaj instrukcji warunkowej spotykanej w tym języku^[8]:

IF (e) label1, label2, label3

Gdzie e to dowolne wyrażenie numeryczne. Powyższy zapis jest równoważny następującemu:

IF (e .LT. 0) GOTO label1
IF (e .EQ. 0) GOTO label2
IF (e .GT. 0) GOTO label3

Implementacja obiektowa w Smalltalku

Smalltalk to język w pełni obiektowy. Warunki nie są tam instrukcją języka, lecz metodą klasy Boolean przyjmującą dwa domknięcia jako argumenty. Klasa Boolean posiada dwie klasy podrzędne: True, która wykonuje tylko pierwsze z domknięć, oraz False wykonującą drugie:

var := condition
    ifTrue: [ 'foo' ]
    ifFalse: [ 'bar' ]

Instrukcja wyboru

Osobny artykuł: Instrukcja wyboru.

Innym rodzajem instrukcji warunkowej jest Instrukcja wyboru, która dopasowuje obliczoną wcześniej wartość do zdefiniowanych ograniczeń i wykonuje akcję przyporządkowaną pierwszemu z nich, który zostanie poprawnie dopasowany.

Dopasowanie do wzorca

Osobny artykuł: Dopasowanie do wzorca.

Bardziej wyspecjalizowaną odmianą instrukcji warunkowych jest Dopasowanie do wzorca spotykane w niektórych językach programowania. Jego specjalizacja polega na możliwości analizy budowy złożonych struktur danych oraz automatycznego rozpakowywania z nich wartości do zmiennych.

Porównanie języków

Język programowania	Strukturalny If			Instrukcja wyboru	Arytmetyczny If	Dopasowywanie do wzorca
	then	else	else-if
Ada[9]	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie
C	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
C++	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
C#	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
Comal[10]	Tak	Nie	Nie	Tak	Nie	Nie
Eiffel	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie
F#	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie	Tak
Forth[10][11][12]	Tak	Tak	Nie	Nie	Tak	Nie
Fortran	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie
Haskell	Tak	Tak	Nie	Nie	Nie	Tak
Java	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
JavaScript	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
Modula 2[13]	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
Pascal[10][14][15]	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
Perl	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie
PHP	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie
PL/1[16][17]	Tak	Tak	Nie	Tak	Nie	Nie
PL/M[18][19]	Tak	Tak	Nie	Nie	Tak	Nie
Python	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie	Nie
Snobol[20]	Nie	Nie	Nie	Nie	Nie	Tak
QuickBASIC	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie
Visual Basic	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie
Visual Basic .NET	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie
Windows PowerShell	Tak	Tak	Tak	Tak	Nie	Nie

Zobacz też

• Instrukcja (informatyka)
• Instrukcja wyboru
• Dopasowanie do wzorca

Przypisy

1. Arindama Singh: Logics for Computer Science. PHI Learning Pvt. Ltd., 2004, s. 283. ISBN 81-203-2284-3.
2. Paul M.B. Vitanyi. Turing machine. „Scholarpedia”. 4 (3), 2009. ISSN 1941-6016. [dostęp 2010-09-22]. Cytat: In the last three-quarter of a century the Turing machine model has proven to be of priceless value for the development of the science of dataprocessing. All theory development reaches back to this format. The model has become so dominant that new other models that are not polynomial-time reducible to Turing machines are viewed as not realistic (the so-called polynomial-time Computability thesis).brak numeru strony
3. Christos Papadimitrou: Złożoność obliczeniowa. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2007, s. 37–38. ISBN 978-83-204-3335-7.
4. Jeffrey J. McConnell: Analysis of algorithms: an active learning approach. Jones & Bartlett Learning, 2008, s. 312. ISBN 978-0763707828.
5. Martin Richards: The BCPL Cintsys and Cintpos User Guide. Cambridge: Computer Laboratory University of Cambridge, January 28, 2011. [dostęp 2011-01-31]. (ang.). Brak numerów stron w książce
6. Martin Richards: The MCPL Programming Manual and User Guide. Cambridge: Computer Laboratory University of Cambridge, May 23, 2007. [dostęp 2011-01-31]. (ang.). Brak numerów stron w książce
7. Podręcznik języka Perl na Wikibooks.
8. American National Standard Programming Language FORTRAN. 1978-04-03. [dostęp 2007-09-09]. [zarchiwizowane z tego adresu (2007-10-11)].
9. A. Nico Habermann, Dewayne E. Perry: Ada dla zaawansowanych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1989, seria: Biblioteka Inżynierii Oprogramowania. ISBN 83-204-1058-4. (pol.). Brak numerów stron w książce
10. Mike Ducka, tłumaczenie: Marcin Turski: Języki mikrokomputerów. Przewodnik dla początkujących. Basic, Pascal, Logo, Prolog, Comal, Forth. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1988. ISBN 83-204-0966-7. (pol.). Brak numerów stron w książce
11. Jan Bielecki: Język FORTH. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1988, seria: Mikrokomputery. ISBN 83-204-0930-6. (pol.). Brak numerów stron w książce
12. Jan Ruszczyc: Poznajemy FORTH. Warszawa: SOETO, 1987, seria: Informatyka mikrokomputerowa. (pol.). Brak numerów stron w książce
13. NiklausN. Wirth NiklausN., Modula 2, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1987 (Biblioteka Inżynierii Oprogramowania), ISBN 83-204-0828-8, ISSN 0867-6011 (pol.). Brak numerów stron w książce
14. MichałM. Iglewski MichałM., JanJ. Madey JanJ., StanisławS. Matwin StanisławS., Pascal. Język wzorcowy – Pascal 360, wyd. trzecie – zmienione, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1984 (Biblioteka Inżynierii Oprogramowania), ISBN 83-85060-53-7, ISSN 0867-6011 (pol.). Brak numerów stron w książce
15. AndrzejA. Marciniak AndrzejA., Borland Pascal 7.0, Poznań: Nakom, 1994 (Biblioteka Użytkownika Mikrokomputerów), ISBN 83-85060-53-7, ISSN 0867-6011 (pol.). Brak numerów stron w książce
16. Jan Bielecki: Rozszerzony PL/I i JCL w systemie OS/RIAD. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1986, seria: Biblioteka Informatyki. ISBN 83-01-06146-4. (pol.). Brak numerów stron w książce
17. M. I. Auguston i inni: Programowanie w języku PL/1 OS JS. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1988. ISBN 83-01-07463-9. (pol.). Brak numerów stron w książce
18. Jan Bielecki: PL/M język programowania mikroprocesorów. Wyd. drugie uzupełnione. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1987, seria: Elektronizacja. zeszyt 25. (pol.). Brak numerów stron w książce
19. Jan Bielecki: System operacyjny ISIS-II. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1987, seria: Mikrokomputery. ISBN 83-204-0893-8. (pol.). Brak numerów stron w książce
20. Paweł Gizbert-Studnicki, Jerzy Kaczmarczuk: Snobol4. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1984, seria: Biblioteka Inżynierii Oprogramowania. ISBN 83-204-0546-7. (pol.). Brak numerów stron w książce