Подпрограммы виды определения формат использования. Подпрограммы (процедуры и функции)
Содержащая описание определённого набора действий. Подпрограмма может быть многократно вызвана из разных частей программы. В языках программирования для оформления и использования подпрограмм существуют специальные синтаксические средства.
Назначение подпрограмм
Подпрограммы изначально появились как средство оптимизации программ по объёму занимаемой памяти - они позволили не повторять в программе идентичные блоки кода, а описывать их однократно и вызывать по мере необходимости. К настоящему времени данная функция подпрограмм стала вспомогательной, главное их назначение - структуризация программы с целью удобства её понимания и сопровождения.
- Выделение набора действий в подпрограмму и вызов её по мере необходимости позволяет логически выделить целостную подзадачу, имеющую типовое решение. Такое действие имеет ещё одно (помимо экономии памяти) преимущество перед повторением однотипных действий: любое изменение (исправление ошибки, оптимизация, расширение функциональности), сделанное в подпрограмме, автоматически отражается на всех её вызовах, в то время как при дублировании каждое изменение необходимо вносить в каждое вхождение изменяемого кода.
- Даже в тех случаях, когда в подпрограмму выделяется однократно производимый набор действий, это оправдано, так как позволяет сократить размеры целостных блоков кода, составляющих программу, то есть сделать программу более понятной и обозримой.
Преимущества
Преимущества разбиения программы на подпрограммы включают:
- Декомпозиция комплексной программной задачи на простые шаги: это один из двух основных инструментов структурированного программирования и структур данных
- Уменьшение дублированного кода
- Возможность повторного использования кода в других программах
- Разделение крупной программной задачи между различными программистами, или различными стадиями проекта
- Сокрытие деталей реализации от пользователей подпрограммы
- Улучшение прослеживания (большинство языков предоставляют способ получить след вызова который включает в себя имена задействованных подпрограмм и возможно даже больше такой информации как имена файлов и номера строк). Без декомпозиции кода на подпрограммы, отладка была бы серьезно затруднена.
Механизм подпрограмм, их описание и вызов
В следующем примере на языке Паскаль подпрограмма subprog вызывается из основной программы трижды:
Program SubProgExample ; procedure subprog ; begin // начало тела подпрограммы WriteLn ("Bye" ) ; end ; // конец тела подпрограммы begin WriteLn ("Hello" ) ; subprog ; // 1-й вызов subprog ; // 2-й вызов subprog ; // 3-й вызов end .
Результатом выполнения такой программы станет вывод строки «Hello» и трёх строк «Bye».
Для сохранения и восстановления контекста выполнения вызывающей процедуры, с целью исключения побочных эффектов, связанных с возможным нежелательным изменением используемых машинных регистров, компилятор формирует для каждой процедуры специальные последовательности команд, называемые прологом и эпилогом процедуры.
Некоторые языки программирования (например, Паскаль, Ада, Модула-2) допускают описание вложенных подпрограмм, то есть помещение подпрограмм внутрь других подпрограмм. Такие вложенные подпрограммы могут использоваться только в той подпрограмме, в которой они описаны. В иных случаях (например, в языке Си) вложение подпрограмм не допускается. Никаких принципиальных преимуществ вложение подпрограмм не даёт, но может быть удобно для более логичной структуризации программы (если какая-то подпрограмма используется только в некоторой другой подпрограмме, логично поместить первую во вторую).
Параметры подпрограмм
Назначение параметров
Подпрограммы часто используются для многократного выполнения стереотипных действий над различными данными. Подпрограмма обычно имеет доступ к объектам данных, описанным в основной программе (по крайней мере, к некоторым из них), поэтому для того, чтобы передать в подпрограмму обрабатываемые данные, их достаточно присвоить, например, глобальным переменным. Но такой путь не особенно удобен и чреват ошибками.
Для обеспечения контролируемой передачи параметров в подпрограмму и возврата результатов из неё используется механизм параметров . Параметры описываются при описании подпрограммы (в её заголовке) и могут использоваться внутри процедуры аналогично переменным , описанным в ней. При вызове процедуры значения каждого из параметров указываются в команде вызова (обычно после имени вызываемой подпрограммы).
Program SubProgExample2 ; // Описание подпрограммы subprog procedure subprog (Line : String ) ; // Заголовок, включающий имя подпрограммы begin // начало тела подпрограммы WriteLn (Line ) ; end ; // конец тела подпрограммы begin WriteLn ("Hello" ) ; subprog ("Good bye," ) ; // 1-й вызов subprog ("my love," ) ; // 2-й вызов subprog ("good bye!" ) ; // 3-й вызов end .
В приведённом примере параметр Line подпрограммы subprog в каждом вызове получает различное значение, благодаря чему выводятся не одинаковые строки, а разные.
Формальные и фактические параметры
Чтобы отличать параметры подпрограммы, описанные в её заголовке и теле, от параметров, указываемых при вызове подпрограммы, используются формальные и фактические параметры. Формальные параметры указываются при объявлении или определении подпрограммы, а фактические - непосредственно при её вызове. Так, в последнем примере параметр Line в заголовке и теле подпрограммы subprog - это формальный параметр, а строка "Good bye" , использованная в первом вызове этой подпрограммы - фактический параметр. При вызове подпрограммы фактические параметры, указанные в команде вызова, становятся значениями соответствующих формальных параметров, чем и обеспечивается передача данных в подпрограмму.
Способ передачи параметров в подпрограмму
Существует несколько способов передачи параметров в подпрограмму.
- Передача параметров по значению. Формальному параметру присваивается значение фактического параметра. В этом случае формальный параметр будет содержать копию значения, имеющегося в фактическом, и никакое воздействие, производимое внутри подпрограммы на формальные параметры, не отражается на параметрах фактических. Так, если в качестве фактического параметра будет использована переменная, и внутри подпрограммы значение соответствующего формального параметра будет изменено, то фактический параметр останется без изменений.
int func1(int x)
{ x=x+2; return x;
- Передача параметров по ссылке. В формальный параметр может быть помещён сам фактический параметр (обычно это реализуется путём помещения в формальный параметр ссылки на фактический). При этом любое изменение формального параметра в подпрограмме отразится на фактическом параметре - оба параметра во время вызова подпрограммы суть одно и то же. Параметры, передаваемые по ссылке, дают возможность не только передавать параметры внутрь подпрограммы, но и возвращать вычисленные значения в точку вызова. Для этого параметру внутри подпрограммы просто присваивается нужное значение, и после возврата из подпрограммы переменная, использованная в качестве фактического параметра, получает это значение.
- Передача параметров по имени. В формальный параметр может быть помещено произвольное выражение. При этом вычисление этого выражения произойдёт внутри подпрограммы в тот момент, когда потребуется его значение. Если это значение фигурирует несколько раз, то и вычисляться оно будет тоже несколько раз. Параметры, передаваемые по имени, дают возможность писать довольно универсальные подпрограммы. Такой способ передачи параметров используется, к примеру в языках Алгол или Алгол 68 .
- Передача параметров через стек. Это фактически разновидность передачи параметра по значению «с ручным приводом», в данном случае отсутствует понятие формальных и фактических параметров. Все параметры лежат на стеке, причём их типы, количество и порядок не контролируются компилятором. Данный подход реализован в языке Форт .
Язык программирования может предоставлять возможность передавать параметры в подпрограммы либо только по значению, либо по значению и по ссылке, либо по имени и значению. В последних двух случаях для различения способов передачи параметра используются отдельные синтаксическая конструкции (в Паскале это ключевое слово var при описании параметра). В действительности, если язык содержит понятие ссылки (указателя), то можно обойтись и без передачи параметра по ссылке (её всегда можно смоделировать, описав параметр типа «ссылка»), но эта возможность удобна, так как позволяет работать с формальным параметром-ссылкой без разыменования, а также повышает надёжность и безопасность программы.
Это подпрограмма специального вида, которая, кроме получения параметров, выполнения действий и передачи результатов работы через параметры имеет ещё одну особенность- она всегда должна возвращать результат. Вызов функции является, с точки зрения языка программирования, выражением, он может использоваться в других выражениях или в качестве правой части присваивания.
В -подобных языках подпрограмма всегда описывается как функция. Процедура реализуется как функция типа void , то есть имеющая «пустой» тип и, соответственно, не возвращающая никакого значения.
Подпрограммы, входящие в состав классов в объектных языках программирования, обычно называются методами . Этим термином называют любые подпрограммы-члены класса, как функции, так и процедуры; когда требуется уточнение, говорят о методах-процедурах или методах-функциях .
понятие подпрограмм процедуры и функции
В ТУРБО ПАСКАЛЕ различают два вида подпрограмм - это процедуры и функции . Процедура и функция - это именованная последовательность описаний и операторов. Так же использование процедур и функций необходимо тогда, когда имеется возможность использовать некоторые фрагменты уже разработанных ранее алгоритмов. Кроме того, подпрограммы применяются для разбиения крупных программ на отдельные смысловые части в соответствии с модульным принципом в программировании. Процедура - это независимая именованная часть программы, которую можно вызвать по имени для выполнения определённой в ней последовательности действий. Процедуры служат для задания совокупности действий, направленных на изменение внешней по отношению к ним программной обстановки. В ПАСКАЛЬ, существуют стандартные процедуры: read, readln, write, writeln. Таким образом, концепция процедуры расширяет понятие оператора в языке ПАСКАЛЬ. Функция отличается от процедуры тем, что возвращает результат указанного при её описании типа. Вызов функции может осуществляться из выражения, где имя функции используется в качестве оператора. Функции являются частным случаем процедур, и обязательно возвращают в точку вызова результат как значение имени этой функции. При использовании функций необходимо учитывать совместимость типов в выражениях. В ПАСКАЛЬ, существует ряд стандартных функций, известных любой программе: sin, cos, eof, а также и другие функции из таблицы №3. Таким образом, концепция функции расширяет понятие выражения в языке ПАСКАЛЯ.
Локальные и глобальные переменныеНапомним, что каждый модуль (процедура, функция, программа) состоит из заголовка (procedure…, function…, program… ) и блока.
Если блок какой-либо процедуры p1 содержит внутри процедуру p2, то говорят, что p2 вложена в p1.
procedure p1(x: real; var y: real);
procedure p2(var z: real);
…………………….
…………………….
Любые идентификаторы, введенные внутри какого-либо блока (процедуры, функции) для описания переменных, констант, типов, процедур, называются локальными для данного блока. Такой блок вместе с вложенными в него модулями называют областью действия этих локальных переменных, констант, типов и процедур.
var y1, y2: real;
var a, b, c, d: real;
{ Переменные a, b, c, d являются локальными для sq1,
область их действия – процедура sq1 }
……………………………………
{ Переменные y1, y2 - нелокальные для sq1,
область их действия – t1 и sq1 }
Константы, переменные, типы, описанные в блоке program, называются глобальными . Казалось бы, проще иметь дело вообще только с глобальными переменными, описав их все в program. Но использование локальных переменных позволяет системе лучше оптимизировать программы, делать их более наглядными и уменьшает вероятность появления ошибок.
Определение . Подпрограмма – это отдельная функционально независимая часть программы. Любая подпрограмма обладает той же структурой, которой обладает и вся программа.
Подпрограммы решают три важные задачи:
Избавляют от необходимости многократно повторять в тексте программы аналогичные фрагменты;
Улучшают структуру программы, облегчая ее понимание;
Повышают устойчивость к ошибкам программирования и непредвидимым последствиям при модификациях программы.
Очень важно понимать, что в подпрограммы выделяется любой законченный фрагмент программы. В качестве ориентиров просмотрите следующие рекомендации.
1. Когда Вы несколько раз перепишите в программе одни и те же последовательности команд, необходимость введения подпрограммы приобретает характер острой внутренней потребности.
2. Иногда слишком много мелочей закрывают главное. Полезно убрать в подпрограмму подробности, заслоняющие смысл основной программы.
3. Полезно разбить длинную программу на составные части – просто как книгу разбивают на главы. При этом основная программа становится похожей на оглавление.
4. Бывают сложные частные алгоритмы. Полезно отладить их отдельно в небольших тестирующих программах. Включение программ с отлаженными алгоритмами в основную программу будет легким, если они оформлены как подпрограммы.
5. Все, что Вы сделали хорошо в одной программе, Вам захочется перенести в новые. Для повторного использования таких частей лучше сразу выделять в программе полезные алгоритмы в отдельные подпрограммы.
Подпрограммы могут быть стандартными, т.е. определенными системой, и собственными, т.е. определенными программистом.
Стандартная подпрограмма (процедура или функция) - подпрограмма, включенная в библиотеку программ ЭВМ, доступ к которой обеспечивается средствами языка программирования. Вызывается она по имени с заданием фактических параметров с типом описанным при описании данной процедуры в библиотечке процедур и функций.
Из набора стандартных процедур и функций по обработке одного типа информации составляются модули. Каждый модуль имеет своё имя (мы уже хорошо знакомы с модулями Crt, Graph). Доступ к процедурам и функциям модуля осуществляется при подключении этого модуля (Uses Crt, Graph).
Help содержит подробные описания предусмотренных средой программирования процедур и функций. Для вызова помощи при работе со стандартнымипроцедурами и функциями нужно поставить на имя подпрограммы курсор и нажать клавиши
Задание . Вызовите помощь по функции Cos и рассмотрите предоставленную информацию.
Сначала идет краткое описание подпрограммы (в одну фразу). Далее под словом Declaration (Объявление) следует интерфейсная часть процедуры или функции, которая особенно часто необходима для определения типа переменных при обращении к ним. Далее под словом Target приводятся платформы, на которых может использоваться подпрограмма: Windows, real (реальный режим DOS), protected (защищенный режим DOS). После слова Remarks следуют заметки, содержащие необходимые детали использования. В разделе See Also приведены имена подпрограмм, связанных с данной по смыслу или по совместному применению. Если перемещать курсор по этим именам (они выделяются курсорной рамкой), то выбрав одно из них (нажать клавишу
Существует другой способ получения помощи по процедурам и функциям. Для этого нужно использовать пункт меню Help/Reserved words (зарезервированные слова) или Help/Standard units (стандартные модули).
Задание . Рассмотрите список процедур и функций, выберите какие-либо и просмотрите предлагаемую информацию.
В стандартных модулях содержится большое количество стандартных подпрограмм, но невозможно создать модуля, который бы содержал все нужные программисту подпрограммы. Поэтому большую роль в создании программ играют собственные подпрограммы, которые создает программист для решения конкретной задачи.
Существует два способа объединения программ и подпрограмм:
1. Текст подпрограмм может быть приведен в разделе описания использующей их программы.
2. Подпрограммы группируются в отдельных файлах, имеющих специальную структуру – модулях. Для того чтобы основная программа могла использовать модуль, он должен быть подключен к основной программе.
Первый способ применяется тогда, когда программа в целом не очень большая, а ее подпрограммы, скорее всего, не будут использоваться в других программах. Второй способ желателен, в частности, для той программы, которую Вы будете создавать в качестве курсовой работы при завершении учебы в городской школе юного программиста.
Структура текста подпрограммы соответствует структуре текста основной программы за двумя исключениями:
Подпрограмма начинается с заголовка, содержащего имя подпрограммы, передаваемые в нее и возвращаемые от нее периметры, запись заголовка подпрограммы отличается от заголовка программы;
Подпрограмма кончается не точкой, а точкой с запятой.
Вызов подпрограммы происходит при каждом употреблении ее имени в основной (или вызывающей) программе. При вызове подпрограммы выполнение основной программы приостанавливается, и управление передается в подпрограмму, где выполняются команды, заданные в ней. Подпрограмма завершается, если выполнены все ее процедуры до завершающего слова End или по специальной команде выхода из подпрограммы Exit. По окончании работы подпрограммы управление возвращается основной программе, иначе говоря, к первой команде, следующей за обращением к этой подпрограмме.
В языке Pascal определяются два типа подпрограмм – процедуры и функции. Основное различие между процедурой и функцией состоит в том, что процедура только выполняет какую-либо законченную последовательность действий, не возвращая результата работы в основную программу, а функция и выполняет действия, и возвращает результат.
Например, вызов функции
вернет в основную программу значение наименьшего из двух чисел и это значение будет присвоено переменной M.
Любая подпрограмма должна быть описана до того, как она будет вызвана в программе или в другой подпрограмме. Все переменные, которые использует подпрограмма, могут быть либо глобальные либо локальные.
Определение . Глобальными называются переменные, объявленные в основной программе и доступные как программе, так и всем ее подпрограммам.
Определение . Локальными называются переменные, объявленные внутри подпрограммы и доступные только ей самой.
Обмен информацией между основной программой и подпрограммой может осуществляться только с помощью глобальных переменных.
Подпрограмма может использовать любые глобальные переменные кроме тех, которые имеют те же имена, что и локальные переменные. Переменные с совпадающими именами, которые могут быть описаны в основной программе или других подпрограммах, не имеют ничего общего с локальными переменными. если переменная описана. Если переменная описана в основной программе и не переопределена в подпрограмме, она может использоваться в подпрограмме. Память для локальных (т.е. описанных в подпрограмме) переменных выделяется на время исполнения данной подпрограммы в специальной области, называемой стеком . При завершении работы подпрограммы память освобождается, поэтому все внутренние результаты работы подпрограммы не сохраняются от одного обращения к другому.
Если говорить о плюсах использования в программировании подпрограмм, то можно назвать следующие:
Программы с использованием подпрограмм позволяют реализовать один из самых прогрессивных методов программирования – структурное программирование.
Программа становится более читаемой.
Экономия памяти, которая получается из-за того, что память для хранения переменных, используемых в подпрограммах, выделяется только на время работы подпрограммы.
В языке Паскаль выделяют два вида подпрограмм: процедуры (Procedure) и функции (Function). Любая программа может содержать несколько процедур и функций. Структура любой подпрограммы аналогична структуре всей программы. Подпрограмма должна быть описана до того, как будет использована в программе или другой подпрограмме.
Процедуры и функции объявляются в разделе описания вслед за разделом переменных.
Тогда общая структура программы выглядит так:
Label; {описание меток}
Const; {описание констант}
Type; {описание типов}
Var; {описание переменных}
Procedure; {описание процедур}
Function; {описание функций}
Выполнение программы начинается с операторов основной программы. При необходимости вызывается подпрограмма и начинают действовать её операторы. Затем управление передаётся в основную программу, которая продолжает выполняться.
Обращение к подпрограмме - переход к выполнению подпрограммы с заданием информации, необходимой для ее выполнения и возврата.
Подпрограмма вызывается по своему имени с указанием необходимых параметров .
На этом занятии рассмотрим примеры организации наиболее простого вызова подпрограмм.
Задание . Рассмотрите решение предложенных задач, наберите на компьютере, проверьте работоспособность, внесите свои изменения и дополните своими комментариями.
Задача 1 . Написать программу, состоящую из трех подпрограмм и основной программы. Подпрограммы должны организовывать ввод чисел, вычисление их суммы и вывод результата.
Program AkulovE;
Procedure Input ;
writeln("По вызову активизировалась процедура "Input"",#10);
writeln("Введите два числа через пробел - ");
Procedure Summa ;
writeln("Для сложения подключилась процедура "Summa"",#10);
{- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Procedure Output ;
writeln("Заключительная часть. Процедура "Output"",#10,#13);
writeln("Их сумма - ",x);
{- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Задача 2 . Найти среднее арифметическое двух чисел.
{- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Function SredArif (A, B:integer):real;
SredArif :=(A+B)/2;
{- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
write("Введите два числа ");
Rez:=SredArif (A,B);
Подпрограмма – относительно самостоятельная часть программы, имеющая свое имя и выполняющая определенные действия.
Подпрограммы повышают надежность и наглядность программ, т.к. позволяют разрабатывать и отлаживать каждый блок программы независимо (например, разными людьми).
Структура подпрограммы почти полностью повторяет структуру всей программы и состоит из следующих частей:
заголовок подпрограммы
раздел описаний
тело подпрограммы
В Паскаль имеются два вида подпрограмм – процедуры и функции . Они отличаются назначеием и способом их использования. Процедуры служат для выполнения определенной последовательности действий, направленных на изменение программной обстановки (изменение значений переменных, ввод/вывод данных и т.п.). Функции для вычисления значения выражения.
5.1 Процедуры
procedure <имя> (список формальных параметров);
<раздел описаний>;
begin
< тело процедуры >;
Пример 1: Процедура вычисления и вывода на экран куба числа.
procedure cub(x: real);
Указание имени процедуры в программе приводит к активизации процедуры и называется ее вызовом . Сразу после активизации процедуры начинают выполняться входящие в нее операторы. После выполнения последнего оператора процедуры управление передается в основную программу и далее выполняются операторы, следующие за вызовом процедуры. Процедура может вызываться в основной программе неоднократно.
Например:
Для обмена информацией между основной программой и процедурой используются параметры, которые придают процедуре универсальность.
Пример 2: Программа, выводящая на экран следующее:
var a,b: integer;
procedure Stars; {без параметров}
var i: integer;
for i:=1 to 9 do write(‘*’);
for a:=1 to 4 do
writeln(‘a=’,a,’ b=’,b);
Stars; {вызов процедуры Stars }
Пример 3:
var a,b: integer;
procedure Stroka(ch: char, n: integer);
var i: integer;
for i:=1 to n do write(ch);
Stroka(‘+’,4);
for a:=1 to 3 do
writeln(‘a=’,a,’ b=’,b);
Stroka(‘*’,8);
Разберем вызов процедуры Stroka(‘*’,8): ‘*’ и 8 – фактические параметры (т.е. те, которые указаны в скобках после имени процедуры при ее вызове), они присваиваются при вызове формальным параметрам ch и n (т.е. тем, которые указаны в скобках после имени процедуры при ее описании).
Замечание: количество, порядок и тип параметров при вызове процедуры должны совпадать с количеством, порядком и типом параметров, заданным при описании процедуры.
Результат на экране :
