ความรู้พื้นฐานการเขียนโปรแกรม

                เนื้อหาในบทนี้จะกล่าวถึงขั้นตอนวิธีการทางคอมพิวเตอร์ (computer  algorithms)  เพื่อเป็นการให้ความรู้พื้นฐานก่อนการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์  รวมถึงเนื้อหาเกี่ยวกับโครงสร้างภายในโปรแกรมซึ่งจะประกอบด้วยเนื้อหาเกี่ยวกับลักษณะของโปรแกรมแบบโครงสร้าง  และรูปแบบโครงสร้างภายในโปรแกรม  เพื่อช่วยให้ผู้เขียนโปรแกรมสามารถเลือกใช้คำสั่งให้สอดคล้องกับโครงสร้างภายในโปรแกรมได้  ซึ่งรายละเอียดของแต่ละเนื้อหามีดังต่อไปนี้1.1 ขั้นตอนวิธีการทางคอมพิวเตอร์  (computer  algorithm )

ก่อนที่เราจะเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ภาษาใดภาษาหนึ่งเพื่อแก้ปัญหาทางคอมพิวเตอร์  เราควรศึกษาขั้นตอนวิธีการทางคอมพิวเตอร์   เพื่อให้เกิดความรู้ความเข้าใจที่ถูกต้องตามขั้นตอนวิธีดังนี้
            1) การวิเคราะห์งาน  (job analysis)
            2) การเขียนผังงานโปรแกรม  (program flowcharting)
            3) การเขียนโปรแกรม  (programming)
            4) การทดสอบ  และแก้ไขโปรแกรม  (testing and editing program)
            5) การจัดทำเอกสารประกอบ  และการบำรุงรักษาโปรแกรม  (documentation and maintenance program)

            1.1.1 การวิเคราะห์งาน  (job  analysis)                        ในการวิเคราะห์งานเราจะต้องกำหนดจุดประสงค์ของการวิเคราะห์งาน  และขั้นตอนวิธีการวิเคราะห์งานแต่ละอย่างให้ได้  ซึ่งงานแต่ละอย่างมีรายละเอียดดังนี้
                        1.1.1.1  จุดประสงค์ของการวิเคราะห์งาน
                                    ในการวิเคราะห์งานแต่ละอย่างมีจุดประสงค์ของการวิเคราะห์งานที่สำคัญดังนี้
                                    1. เพื่อหาวัตถุประสงค์ของการเขียนโปรแกรม
                                    2. เพื่อหารูปแบบผลลัพธ์ที่ต้องการ
                                    3. เพื่อหาข้อมูลนำเข้าที่ต้องใส่เข้าไปในโปรแกรม
                                    4. เพื่อหาตัวแปรที่จำเป็นต้องใช้ในโปรแกรม
                                    5. เพื่อหาขั้นตอนวิธีการทำงานของโปรแกรม
                        1.1.1.2 ขั้นตอนวิธีการวิเคราะห์งาน
                                    ในการวิเคราะห์งานแต่ละอย่างมีขั้นตอนวิธีการวิเคราะห์งานที่สำคัญดังนี้
                       1) การหาวัตถุประสงค์ของการเขียนโปรแกรม
ผู้เขียนโปรแกรมจะต้องหาวัตถุประสงค์จากงานที่จะเขียนโปรแกรมว่า ต้องการเขียนโปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาอะไรบ้างซึ่งจะทำให้เขียนโปรแกรมได้ตรงกับความต้องการหรือวัตถุประสงค์ของงานนั้น ๆ    
                       2) การหารูปแบบผลลัพธ์ที่ต้องการ
เมื่อผู้เขียนโปรแกรมหาวัตถุประสงค์ของการเขียนโปรแกรมได้แล้ว ขั้นตอนต่อมาคือการกำหนดรูปแบบผลลัพธ์ที่ต้องการจากโปรแกรม  ซึ่งรูปแบบผลลัพธ์อาจอยู่ในลักษณะของข้อความหรือตัวเลข  หรือตาราง   หรือแผนภูมิ   หรืออาจใช้ผสมกันระหว่างตัวเลขกับข้อความ หรือข้อความกับตัวเลข  และตารางก็ได้   ขึ้นอยู่กับผู้เขียนโปรแกรมเป็นผู้กำหนดเอง    แต่โดยส่วนมากนิยมแสดงผลลัพธ์ของโปรแกรมให้อยู่ในรูปแบบที่เข้าใจง่ายมากกว่ารูปแบบที่ซับซ้อน
                       3) การหาข้อมูลนำเข้าที่ต้องใส่เข้าไปในโปรแกรม
ผู้เขียนโปรแกรมจะต้องหาข้อมูลนำเข้าจากผลลัพธ์ที่ได้จากโปรแกรม โดยคำนึงถึงขั้นตอนวิธีการคำนวณ และข้อมูลที่จำเป็นต้องใส่เข้าไปเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

            ตัวอย่างที่  1.1  ผลลัพธ์ที่ต้องการ  คือ  พื้นที่สามเหลี่ยมมุมฉากข้อมูลนำเข้าที่ต้องใส่เข้าไปในโปรแกรมคือ 
                        1) สูตรคำนวณพื้นที่สามเหลี่ยมมุมฉาก
                                    พื้นที่สามเหลี่ยมมุมฉาก  =  ? x ฐาน x สูง
                        2) ความยาวของฐานและความสูงของรูปสามเหลี่ยม
                       4) การหาตัวแปรที่จำเป็นต้องใช้ในโปรแกรม

ตัวแปร  หมายถึง  ชื่อที่ผู้เขียนโปรแกรมสามารถตั้งขึ้นเองตามหลักการตั้งชื่อตัวแปรของภาษาคอมพิวเตอร์ที่นำมาเขียนโปรแกรม (หลักเกณฑ์การตั้งชื่อตัวแปรกล่าวไว้ในหัวข้อ 2.5.3.1)  เพื่อใช้ในการอ้างอิงการเก็บข้อมูลและเรียกใช้ข้อมูลภายในตัวแปร   ดังนั้นผู้เขียนโปรแกรมจะต้องตั้งชื่อตัวแปรที่ใช้ในการเก็บข้อมูลทั้งหมดภายในโปรแกรม   รวมถึงตัวแปรบางตัวที่ใช้ในการนับจำนวนรอบของการทำงานในโปรแกรมอีกด้วย

 

                        1.1.3.2 ภาษาคอมพิวเตอร์
ภาษาคอมพิวเตอร์ (computer  language)  หมายถึง  ภาษาที่สามารถนำมาใช้เขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้   ซึ่งแต่ละภาษามีรายละเอียดดังต่อไปนี้

                         1) ภาษาเครื่อง (machine  language)
                        ภาษาเครื่องจัดเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ภาษาเดียวที่สามารถติดต่อกับคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง    เพราะว่าการเขียนคำสั่งและข้อมูลในภาษาเครื่องใช้ระบบเลขฐานสอง (binary number system) คือใช้ตัวเลข 0  และ 1 เท่านั้น   ทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้รวดเร็ว   ส่วนข้อเสียของภาษาเครื่อง  คือ  เครื่องคอมพิวเตอร์ต่างชนิดกันมีลักษณะการเขียนภาษาเครื่องที่แตกต่างกันไป  และเกิดความยุ่งยากในการปรับปรุงแก้ไข  ทำให้เกิดความไม่สะดวกในการใช้งาน    ดังนั้นภาษานี้จึงไม่เหมาะกับผู้เริ่มต้นเขียนโปรแกรม

ตัวอย่างที่  1.18  แสดงคำสั่งของภาษาเครื่องมีดังนี้  
ถ้าเราต้องการสั่งให้เครื่องทำงานตามคำสั่ง  9 + 3  แสดงได้ดังนี้
การบวกแทนด้วยรหัส                          10101010
เลข  9  เปลี่ยนเป็นเลขฐานสอง            00001001
เลข  3  เปลี่ยนเป็นเลขฐานสอง            00000011
ดังนั้น  คำสั่ง  9 + 3  เขียนเป็นภาษาเครื่องได้ดังนี้
00001001   10101010   00000011

                        2) ภาษาแอสเซมบลี (assembly  language)
                        ภาษาแอสเซมบลีหรือจะเรียกชื่ออีกอย่างว่าภาษาระดับต่ำ  ซึ่งเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อให้ผู้เขียนโปรแกรมสามารถเขียนโปรแกรมติดต่อกับคอมพิวเตอร์ได้ง่ายกว่าภาษาเครื่อง    ส่วนการเขียนคำสั่งในภาษาแอสเซมบลีจะใช้คำย่อของภาษาอังกฤษและอ้างถึงตำแหน่งที่อยู่ภายในคอมพิวเตอร์เป็นส่วนใหญ่  ได้แก่  MOVE, DC, DS, CL10 เป็นต้น    ผู้ที่ต้องใช้ภาษาแอสเซมบลีส่วนมากจะเป็นวิศวกรคอมพิวเตอร์  ดังนั้นภาษาแอสเซมบลีจึงไม่เหมาะกับผู้เริ่มต้นเขียนโปรแกรม

            ตัวอย่างที่  1.19  แสดงคำสั่งของภาษาแอสเซมบลีมีดังนี้  
ถ้าเราต้องการสั่งให้เครื่องทำงานตามคำสั่ง  9 + 3  แสดงได้ดังนี้
                MOV   AX,  9
                MOV   BX, 3
                ADD   AX, BX

                        3) ภาษาระดับสูง (high  level  language)
                        ภาษาระดับสูงเป็นภาษาที่ผู้เขียนโปรแกรมสามารถเข้าใจได้ง่ายกว่าภาษาแอสเซมบลีและภาษาเครื่อง ทั้งนี้ก็เพราะการเขียนคำสั่งของภาษาระดับสูงมีลักษณะเป็นภาษาอังกฤษ    ซึ่งอ่านแล้วเข้าใจได้ง่ายกว่าภาษาแอสเซมบลี  เช่น  ใช้คำว่า  READ, WRITE, PRINT, COMPUTE  เป็นต้น    ตัวอย่างของภาษาระดับสูงได้แก่   ภาษาฟอร์แทรน (FORTRAN), ภาษาโคบอล (COBOL),  ภาษาเบสิก (BASIC), ภาษาปาสคาล (PASCAL)  และภาษาซี (C)   เป็นต้น  ซึ่งแต่ละภาษามีประวัติพอสังเขปดังต่อไปนี้

• ภาษาฟอร์แทรน (FORTRAN  ย่อมาจาก  FORmula  TRANslator)  พัฒนาโดยบริษัท  IBM  ระหว่างปี ค.ศ.1954  ถึง  ค.ศ.1957  ภาษานี้ใช้สำหรับการพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์  ที่ต้องใช้ในการคำนวณสมการคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน  ปัจจุบันภาษาฟอร์แทรนยังเป็นที่นิยมใช้  ในการพัฒนาโปรแกรมด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์
• ภาษาโคบอล (COBOL  ย่อมาจาก  Common  Business  Oriented  Language)  พัฒนาขึ้นในปี  ค.ศ.1959  เป็นภาษาที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้ในการพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ด้านธุรกิจและการค้า  ปัจจุบันโปรแกรมที่ใช้ในด้านธุรกิจจำนวนมากยังเป็นโปรแกรมที่พัฒนามาจากภาษาโคบอล
• ภาษาเบสิก  (BASIC ย่อมาจาก  Beginners  All-purpose  Symbolic  Instructional  Code)  เป็นภาษาที่พัฒนาขึ้นโดยมีจุดประสงค์เพื่อให้ผู้เริ่มต้นพัฒนาโปรแกรมสามารถเรียนรู้และเข้าใจการพัฒนาโปรแกรมอย่างง่าย  ภาษาเบสิกเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ภาษาแรกที่ใช้เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์

                                    ภาษาคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นในยุคแรก  ยังมีข้อจำกัดในการที่จะพัฒนาโปรแกรมขนาดใหญ่  ทั้งนี้เนื่องจากภาษาคอมพิวเตอร์เหล่านั้นขาดโครงสร้างที่ดี  ทำให้การพัฒนาโปรแกรมที่มีขนาดใหญ่และมีความซับซ้อนเป็นไปได้ยาก  ในช่วงต้นปี  ค.ศ.1970  จึงมีภาษาคอมพิวเตอร์ที่เป็นภาษาเชิงกระบวนการ (Procedural  หรือ  Structural  Language)  เกิดขึ้น  ภาษาคอมพิวเตอร์ประเภทนี้จะมีความยืดหยุ่นในการพัฒนาโปรแกรม  ทำให้สามารถแก้ไขและบำรุงรักษาได้ง่าย  เนื่องจากโปรแกรมถูกแยกออกเป็นส่วน ๆ ภาษาคอมพิวเตอร์ที่เป็นภาษาเชิงกระบวนการที่สำคัญคือ

• ภาษาปาสคาล (Pascal) พัฒนาโดย  Niclaus  Wirth  ในปี ค.ศ.1971  โดยมีจุดประสงค์เพื่อใช้ในการสอนการเขียนโปรแกรมภาษาเชิงกระบวนการ  ในมหาวิทยาลัย  แต่เนื่องจากภาษาปาสคาลไม่มีคุณลักษณะที่จะสนับสนุนการพัฒนาโปรแกรมด้านธุรกิจและอุตสาหกรรมจึงไม่ได้รับความนิยมมากนัก
• ภาษาซี (C)  พัฒนาขึ้นในช่วงเดียวกับภาษาปาสคาล  โดยนักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการ  AT&T  Bell  ซึ่งได้นำเอาจุดเด่นของภาษา  BCPL  และภาษา  B  มาใช้และได้เพิ่มคุณลักษณะและชนิดข้อมูลอื่นเข้ามาด้วย  เดิมภาษาซีถือว่าเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ที่สำคัญในการพัฒนาโปรแกรมบนระบบปฏิบัติการยูนิกส์  (Unix)  ซึ่งเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ที่สามารถสร้างโปรแกรมประยุกต์ที่ทำงานได้รวดเร็วมาก  เมื่อเทียบกับภาษาคอมพิวเตอร์อื่น ๆ

                        4) ภาษาระดับสูงมาก  (very  high  level  language)
                        ภาษาระดับสูงมาก   บางครั้งเรียกว่า  Fourth Gerneration Languages (4GLs)   เป็นภาษาที่มีลักษณะสำคัญ  คือ  ผู้เขียนโปรแกรมไม่ต้องบอกวิธีการทำงานโดยละเอียด   เพียงแต่ระบุคำสั่งให้ทำงานสั้น ๆ   ให้ภาษาระดับสูงมากเข้าใจก็เพียงพอ    ส่วนวิธีการคำนวณหรือการทำงานภาษาระดับสูงมากจะเป็นผู้จัดการเองทั้งสิ้น    บางครั้งเรียกว่า  non-procedure language
ตัวอย่างภาษาระดับสูงมาก  ได้แก่  ภาษา SQL (Structured  Query  Langauge) ซึ่งนิยมใช้กันในซอร์ฟแวร์พัฒนาระบบจัดการฐานข้อมูล   เช่น   ORACLE   เป็นต้น

                        5) ภาษาระดับธรรมชาติ  (natural   language)
                        ภาษาธรรมชาติจะเกี่ยวข้องกับระบบฐานความรู้ (knowledge based system )  และกฎอ้างอิง  (inference rules)  เพียงแต่ผู้ใช้ภาษาธรรมชาติป้อนคำถามผ่านเข้าไปในคอมพิวเตอร์ที่มีภาษาธรรมชาติก็จะทำการวิเคราะห์คำถามแล้วไปค้นหาคำตอบจากระบบฐานความรู้ที่เก็บไว้
ตัวอย่างของภาษาธรรมชาติ  ได้แก่  ภาษา  PROLOG และภาษา LISP  (List  Processing Language)

            1.1.4 การทดสอบ และแก้ไขโปรแกรม  (testing  and  editing  program)
            หลังจากที่เราเขียนโปรแกรมเสร็จแล้ว    ขั้นตอนต่อไป  คือ  การทดสอบโปรแกรมที่เขียนขึ้นซึ่งอาจพบความผิดพลาดได้  2  ชนิด   ดังนี้
                        1) ความผิดพลาดทางไวยากรณ์ภาษา (syntax  error)  เป็นความผิดพลาดที่เกิดจากการเขียนคำสั่งของภาษาคอมพิวเตอร์ผิด   ตัวอย่างเช่น    คำสั่ง  printf( )  ในภาษา C   ต้องเขียนด้วยตัวอักษรตัวเล็ก   แต่เขียนเป็น  PRINTF( )  เป็นต้น     โดยส่วนมากความผิดพลาดทางไวยากรณ์    จะถูกตรวจสอบพบเมื่อมีการแปลโปรแกรม (compile)  ให้เป็นภาษาเครื่อง  ซึ่งเราสามารถแก้ไขโดยการเขียนคำสั่งให้ถูกต้องตามไวยากรณ์ของภาษานั้น ๆ

                        2) ความผิดพลาดทางตรรกะ (logical  error)  เป็นความผิดพลาดที่เกิดจากการลำดับการทำงานผิดหรือป้อนสูตรคำนวณผิด ตัวอย่างเช่น ต้องการหาค่า  X = X + Y แต่ป้อนสูตรเป็น X = X * Y  อย่างนี้  เป็นต้น  วิธีการตรวจหาความผิดพลาดแบบนี้    คือ    ตรวจสอบการคำนวณผลลัพธ์ของโปรแกรมว่าตรงกับผลลัพธ์ที่คำนวณด้วยมือหรือเครื่องคิดเลขหรือไม่    ถ้าไม่ตรงกันแสดงว่าเกิดความผิดพลาดทางตรรกะขึ้น    วิธีการแก้ไขก็คือ  การแก้ไขสูตรให้ถูกต้อง หรือแก้ไขลำดับการทำงานให้ถูกต้อง
ดังนั้น  จะเห็นได้ว่าผู้เขียนโปรแกรมจะต้องทำการทดสอบโปรแกรมและแก้ไขโปรแกรมให้สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ

            1.1.5 การจัดทำเอกสารประกอบ และการบำรุงรักษาโปรแกรม (documentation  and  maintenance  program)
            เมื่อผู้เขียนโปรแกรมได้ทำการทดสอบโปรแกรมและแก้ไขความผิดพลาดที่เกิดขึ้นเรียบร้อยแล้ว ขั้นตอนต่อไปก็ควรจัดทำคู่มือการใช้โปรแกรม    เพราะจะทำให้ผู้ใช้โปรแกรมสามารถใช้งานได้ถูกต้อง    โดยคู่มือการใช้โปรแกรมที่ดีควรจัดทำในลักษณะที่แสดงการทำงานเป็นขั้นตอน    ผู้ใช้โปรแกรมสามารถปฏิบัติตามได้จริง  ส่วนการบำรุงรักษาโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นก็ต้องมีคำแนะนำให้ผู้ใช้โปรแกรมปฏิบัติ    ตัวอย่างเช่น    การเก็บโปรแกรมต้นฉบับ     ควรเก็บไว้ในกล่องที่มิดชิด     ป้องกันฝุ่นได้     ไม่ควรเก็บไว้บนโต๊ะทำงาน     ไม่ควรเก็บไว้ในรถยนต์เพราะอาจถูกอากาศร้อนทำให้เสียได้       นอกจากนี้ต้องมีการสำเนาโปรแกรมต้นฉบับเอาไว้    อย่างน้อย  1  ชุด  แล้วนำชุดที่สำเนาไปใช้    ไม่ควรใช้โปรแกรมต้นฉบับโดยตรง    ควรเก็บเอาไว้สำหรับกรณีที่โปรแกรมสำเนาเกิดปัญหาจะได้นำโปรแกรมต้นฉบับมาทำสำเนาและใช้งานได้ทันที