Процедуры и функции

Понятие подпрограммы. Стандартные подпрограммы. Примеры употребления подпрограмм в решении задач.

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 стандартными процедурами и функциями нужно поставить на имя подпрограммы курсор и нажать клавиши <Ctrl+F1>. Описание процедур и функций в Help строится по стандартному принципу.

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 <Enter>), можно получить справку по следующей функции. Каждая процедура и функция сопровождается примером применения, переключение к которому дает последняя строка программы. Любой текст из Help может быть скопирован в редактируемый файл обычными приемами копирования через буфер. Копирование примеров или заголовков функций облегчает работу.

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

M:= MIN (X, Y)

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:

1. Программы с использованием подпрограмм позволяют реализовать один из самых прогрессивных методов программирования - структурное программирование.
2. Программа становится более читаемой.
3. 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:

Рrogram hh;
Label; {описание меток}
Const; {описание констант}
Type; {описание типов}
Var; {описание переменных}
Procedure; {описание процедур}
Function; {описание функций}
Begin
...
...
end.

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;
Uses
Crt;
Var
x, y: LongInt;
Procedure Input;
Begin
TextColor(12);
writeln('По вызову активизировалась процедура "Input"',#10);
TextColor(7);
writeln('Введите два числа через пробел - ');
readln(x, y);
End;
{ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Procedure Summa;
Begin
TextColor(14);
writeln('Для сложения подключилась процедура "Summa"',#10);
x:=x+y;
End;
{ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Procedure Output;
Begin
TextColor(10);
writeln('Заключительная часть. Процедура "Output"',#10,#13);
TextColor(7);
writeln('Их сумма - ',x);
End;
{ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Begin
ClrScr;
Input;
Summa;
Output;
readln;
End.

Задача 2. Найти среднее арифметическое двух чисел.

Program Fadeev;
Uses
Crt;
Var
A, B: integer;
Rez:real;
{ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Function SredArif(A, B:integer):real;
Begin
SredArif:=(A+B)/2;
End;
{ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -}
Begin
ClrScr;
write('Введите два числа ');
readln(A,B);
Rez:=SredArif(A,B);
write('Cреднее арифметическое этих чисел равно ',Rez:5:3);
readln;
End.

Формальные и фактические параметры. Вызов по ссылке и по значению. Локальные и глобальные переменные и подпрограммы

Формальные параметры подпрограммы указывают, с какими параметрами следует обращаться к этой программе (количество примеров, их последовательность, типы). Они задаются в заголовке подпрограммы в виде списка формальных параметров, разбитого на группу формальных параметров включаются однотипные параметры одной категории.

Все формальные параметры можно разбить на четыре категории:

• параметры значения (эти параметры в основной программе подпрограммой не меняются);
• параметры - переменные (эти параметры подпрограмма может изменить в основной программе);
• параметры-константы (используются только в версии 7.0);
• параметры-процедуры и параметры-функции (т.е. процедурного типа).

Для каждого формального параметра следует указать имя и, как правило, тип, а в случае параметра-переменной или параметра-константы - его категорию. Имена параметров могут быть любыми, в том числе и совпадать с именами объектов программы. Необходимо лишь помнить, что в этом случае параметр основной программы с таким именем становится недостурным для непосредственного использования подпрограммой. Тип формального параметра может быть практически любым, однако в заголовке подпрограммы нельзя вводить новый тип. Например, нельзя писать

function Max(A: array[ 1..100 ] of real): real;

Чтобы правильно записать этот заголовок, следует в основной программе ввести тип-массив, а затем использовать его в заголовке:

type tArr =array [ 1..100 ] of real;
function Max (A: tArr): real;

При обращении к подпрограмме формальные параметры заменяют на соответствующие фактические вызывающей программой или подпрограммы.