Функция. Описание функций

Работа добавлена:






Функция. Описание функций на http://mirrorref.ru

2 Краткая теория

Функция – самостоятельная единица программы, спроектированная для реализации конкретной задачи, представляющая именованную группу операторов и выполняющая законченное действие. Вызов функции приводит к выполнению некоторых действий. К функции можно обратиться по имени, передать ей значения и получить из нее результат. Функции избавляют нас от повторного программирования, позволяют использовать их в различных программах, повышают уровень модульности программы. Функции нужны для упрощения структуры программы. Разбив задачу на подзадачи и оформив каждую из них в виде функций, мы улучшаем понятность и структурированность программы.

На практике программирования часто встречается ситуация, когда одну и ту же группу операторов, реализующих определенный алгоритм, требуется повторить без изменений в нескольких других местах программы. Такую группу операторов во всех языках программирования принято называть подпрограммой, ее можно вызвать для исполнения по имени любое количество раз из различных мест программы.

Подпрограмма имеет ту же структуру, что и монолитная программа. То есть может содержать разделы описания переменных, типов, констант и т.д. Имена объектов, описанных в подпрограмме, считаются известными только в пределах данной подпрограммы.

2.1 Описание функций

Функция может принимать параметры и возвращать значение. Передача в функцию различных аргументов позволяет, записав ее один раз, использовать многократно для разных данных. Чтобы использовать функцию, не требуется знать, как она работает – достаточно знать, как ее вызвать.

Для использования функции тоже требуется знать только ее интерфейс (т. е. правила обращения). Интерфейс грамотно написанной функции определяется ее заголовком, потому что в нем указывается все, что необходимо для ее вызова: имя функции, тип результата, который она возвращает, а также, сколько аргументов и какого типа ей нужно передать.

Объявление функции (прототип, заголовок, сигнатура) задает ее имя, тип возвращаемого значения и список передаваемых параметров. Формат простейшего заголовка (прототипа) функции:

[ класс ] тип имя ([ список_формальных_параметров ]);

Определение функции содержит, кроме объявления, тело функции, представляющее собой последовательность операторов и описаний в фигурных скобках:

[ класс ] тип имя([ список_формальных_параметров ])

{

  тело функции

}

Выражение, записанное в квадратных скобках, является опциональным и может быть опущено.

Рассмотрим составные части определения.

1. С помощью необязательного модификатора класс можно явно задать область видимости функции, используя ключевые словаextern иstatic:

-extern – глобальная видимость во всех модулях программы (по умолчанию);

-static – видимость только в пределах модуля, в котором определена функция.

2. Тип возвращаемого функцией значения может быть любым, кроме массива и функции (но может быть указателем на массив или функцию). Если функция не должна возвращать значение, указывается типvoid.

3. Список формальных параметров определяет данные, которые требуется передать в функцию при ее вызове. Элементы списка параметров разделяются запятыми. Для каждого параметра, передаваемого в функцию, указывается его тип и имя (в объявлении имена можно опускать), а также значение параметра по умолчанию (при этом все параметры правее данного должны также иметь значения по умолчанию).

Функция активируется с помощью оператора вызова функции, в котором содержатся имя функции и параметры (если это необходимо). Вызов функции приводит к выполнению операторов, составляющих тело функции, и выглядит следующим образом:

имя ([ список_фактических_параметров ]);

В определении, в объявлении и при вызове одной и той же функции типы и порядок следования параметров должны совпадать. На имена параметров ограничений по соответствию не накладывается, поскольку функцию можно вызывать с различными аргументами, а в прототипах имена компилятором игнорируются (они служат только для улучшения читаемости программы).

Функцию можно определить как встроенную с помощью модификатораinline, который рекомендует компилятору вместо обращения к функции помещать ее код непосредственно в каждую точку вызова. Модификаторinline ставится перед типом функции. Он применяется для коротких функций, чтобы снизить накладные расходы на вызов (сохранение и восстановление регистров, передача управления). Директиваinline носит рекомендательный характер и выполняется компилятором по мере возможности. Использованиеinline-функций может увеличить объем исполняемой программы. Определение функции должно предшествовать ее вызовам, иначе вместоinline-расширения компилятор сгенерирует обычный вызов.

Все величины, описанные внутри функции, а также ее параметры, являются локальными. Областью их действия является функция. При вызове функции, как и при входе в любой блок, в стеке выделяется память под локальные автоматические переменные. Кроме того, в стеке сохраняется содержимое регистров процессора на момент, предшествующий вызову функции, и адрес возврата из функции для того, чтобы при выходе из нее можно было продолжить выполнение вызывающей функции.

При выходе из функции соответствующий участок стека освобождается, поэтому значения локальных переменных между вызовами одной и той же функции не сохраняются. Если этого требуется избежать, при объявлении локальных переменных используется модификаторstatic.

Тип возвращаемого значения и типы параметров совместно определяют тип функции.

Возврат вычисленного значения организуется следующим образом. В теле функции должен присутствовать операторreturn после которого следует выражение, вычисляющее возвращаемое значение. Таких операторов может быть несколько; важно, чтобы хоть один из них срабатывал в процессе выполнения тела функции. Тип выражения в правой части такого присваивания должен быть совместимым с типом функции.

Для вызова функции в простейшем случае нужно указать ее имя, за которым в круглых скобках через запятую перечисляются имена передаваемых аргументов. Вызов функции может находиться в любом месте программы, где по синтаксису допустимо выражение того типа, который формирует функция. Если тип возвращаемого функцией значения неvoid, она может входить в состав выражений или, в частном случае, располагаться в правой части оператора присваивания.

Пример функции, возвращающей сумму двух целых величин:

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

usingnamespacestd;

intsum(intа,intb);//объявлениефункции

voidmain()

{

inta=2,b=3,c,d;

c=sum(a,b);// вызов функции

cin>>d;

cout<<sum(c,d)<<endl;//вызовфункции

a=3*sum(c,d)-b;// вызов функции

cout<<a<<endl;

return;

}

intsum(inta,intb)//определениефункции

{

return(a+b);

}

Объявление и определение функции может совпадать, но перед вызовом компилятор должен знать прототип функции, поэтому одновременное объявление и определение должно следовать перед вызовом функции.

Пример функции нахождения максимума двух чисел:

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

usingnamespacestd;

intmax(intx,inty)// одновременно объявление и определение функции

{

if(x>y)

returnx;

else

returny;

}

voidmain()

{

inta=2,b=3,c,d;

c=max(a,b);//вызовфункции

cout<<c<<endl;

cin>>d;

cout<<max(c,d)<<endl;//вызовфункции

return;

}

2.2 Параметры функции

Механизм параметров является основным способом обмена информацией между вызываемой и вызывающей функциями.

Параметры, перечисленные в заголовке описания функции, называются формальными параметрами, или просто параметрами, а записанные в операторе вызова функции – фактическими параметрами, или аргументами.

В описании процедуры или функции задается список формальных параметров. Каждый параметр, описанный в списке формальных параметров, является локальным по отношению к описываемой процедуре или функции, и в теле подпрограммы на него можно ссылаться по его идентификатору.

При вызове функции в первую очередь вычисляются выражения, стоящие на месте аргументов; затем в стеке выделяется память под формальные параметры функции в соответствии с их типом, и каждому из них присваивается значение соответствующего аргумента. При этом проверяется соответствие типов и при необходимости выполняются их преобразования.

Существует два основных способа передачи параметров в функцию:по значению ипо адресу.

При передаче по значению в стек заносятся копии значений аргументов, и операторы функции работают с этими копиями. Доступа к исходным значениям параметров у функции нет, а, следовательно, нет и возможности их изменить.

При передаче по адресу в стек заносятся копии адресов аргументов, а функция осуществляет доступ к ячейкам памяти по этим адресам и может изменить исходные значения аргументов. Данный способ подразделяется на передачу параметров через указатель и по ссылке.

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

usingnamespacestd;

voidf(inta,int*b,int&c)

{

a++;

(*b)++;

c++;

}

voidmain()

{

inta=1,b=1,c=1;

cout<<"a b c"<<endl;

cout<<a<<' '<<b<<' '<<c<<endl;

f(a,&b,c);

cout<<a<<' '<<b<<' '<<c<<endl;

return;

}

Результат работы программы:

a b c

1 1 1

1 2 2

Первый параметр (a) передается по значению. Его изменение в функции не влияет на исходное значение. Второй параметр (b) передается по адресу с помощью указателя, при этом для передачи в функцию адреса фактического параметра используется операция взятия адреса, а для получения его значения в функции требуется операция разыменования. Третий параметр (c) передается по адресу с помощью ссылки.

При передаче по ссылке в функцию передается адрес указанного при вызове параметра, а внутри функции все обращения к параметру неявно разыменовываются. Поэтому использование ссылок вместо указателей улучшает читаемость программы, избавляя от необходимости применять операции получения адреса и разыменования. Использование ссылок вместо передачи по значению более эффективно, поскольку не требует копирования параметров, что имеет значение при передаче структур данных большого объема.

Если требуется изменить значение параметра внутри функции, то он передается, либо через ссылку, либо через указатель.

Если требуется запретить изменение параметра внутри функции, используется модификаторconst:

int f(constchar*);

Таким образом, исходные данные, которые не должны изменяться в функции, предпочтительнее передавать ей с помощью константных ссылок.

По умолчанию параметры любого типа, кроме массива и функции (например, вещественного, структурного, перечисление, объединение, указатель), передаются в функцию по значению.

Если в определении функции присутствует параметр со значением по умолчанию, то данный параметр можно опустить при вызове функции. При этом все параметры левее данного должны присутствовать. Значение данного параметра внутри функции будет совпадать со значением параметра по умолчанию.

Рассмотрим пример из предыдущей лабораторной работы, оформив вычисление значения в виде функции:

Составить программу вычисления значения функции

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

#include <iomanip>

#include <math.h>

usingnamespacestd;

floatax(floata,floatx,floateps=0.001f)

{

floatxn=1,y,y0;

unsignedintn=1,nf=1;

y=1;

do

{

nf*=n;

xn*=x*log(a);

y0=y;

y+=xn/nf;

n++;

}

while(abs(y-y0)>eps);

returny;

}

voidmain()

{

setlocale(LC_ALL,"Russian");

constfloateps=0.1f;

floata,x,y;

cout<<"Введите a, x:"<<endl;

cin>>a>>x;

//передаем значение точности вычислений при вызове

y=ax(a,x,eps);

cout<<\

"Результат вычисления с точностью 0.1 (передается явно): "\

<<setw(8)<<setprecision(5)<<y<<endl;

//значениеesp опускается

//внутри функции используется значение точности вычислений по умолчанию

y=ax(a,x);

cout<<\

"Результат вычисления с точностью0.001 (поумолчанию): "\

<<setw(8)<<setprecision(5)<<y<<endl;

//вычисляем при помощи стандартных функций

y=pow(a,x);

cout<<\

"Результат вычисления с использованием стандартных функций: "\

<<setw(8)<<setprecision(5)<<y<<endl;

}

Результат выполнения:

Введите a, x:

2.5

3

Результат вычисления с точностью 0.1 (передается явно):    15.591

Результат вычисления с точностью 0.001 (по умолчанию):     15.625

Результат вычисления с использованием стандартных функций: 15.625

2.2 Передача массивов в функцию

Параметрами функции могут быть массивы, и функции могут возвращать указатель на массив в качестве результата. При использовании массивов в качестве параметров в функцию передается указатель на его первый элемент, т.е. массив всегда передается по адресу. При этом информация о количестве элементов теряется, поэтому следует передавать размерность массива как дополнительный параметр.

Рассмотрим пример функции, формирующей вектор, состоящий из максимальных элементов двух исходных векторов.

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

usingnamespacestd;

//функция формирует вектор(одномерный массив),

//состоящий из максимальных элементов исходных массивов

//массивы передаются через указатели

voidmax_vect(intn,int*x,int*y,int*z)

{

for(inti=0;i<n;i++)

z[i]=(x[i]>y[i])?x[i]:y[i];

}

voidmain()

{

setlocale(LC_ALL,"Russian");

//определим размерность массива

constintN=7;

inta[N]={1,4,3,-1,5,6,1};

intb[N]={7,6,-2,4,3,2,4};

intc[N];

//получим вектор, состоящий из максимальных элементов

//исходных массивов

max_vect(N,a,b,c);

//выведем на экран элементы массива

for(inti=0;i<N;i++)

cout<<"\t"<<c[i];

}

Результат:

7 6 3 4 5 6 4

При передаче многомерных массивов, все размерности, если они не известны на этапе компиляции, должны передаваться в качестве параметров. Внутри функции массив интерпретируется как одномерный, а его индекс пересчитывается в программе.

Рассмотрим пример нахождения суммы элементов двумерного массива.

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

usingnamespacestd;

intsum(int*x,constintn,constintm)

{

ints=0;

for(inti=0;i<n;i++)

for(intj=0;j<m;j++)

//здесь производится пересчет индекса массива:

//перемещение на одну строчку вниз

//эквивалентно прибавлению длинны строки

//поэтому x[i*m + j] и x[i][j] будут определять

//один и тот же элемент

s+=x[i*m+j];

returns;

}

voidmain()

{

setlocale(LC_ALL,"Russian");

inta[2][2]={{1,2},{3,4}};

//имя массиваa напрямую передавать нельзя из-за несоответствия типов

//поэтому используется конструкция &a[0][0]

cout<<sum(&a[0][0],2,2);

}

Для работы с двумерным массивом естественным образом необходимо применить альтернативный способ выделения памяти под массив. При этом память выделяется в два этапа: сначала под столбец указателей на строки матрицы, а затем в цикле под каждую строку. Освобождение памяти должно выполняться в обратном порядке.

Рассмотрим предыдущий пример, но с использованием описанного метода.

#include "stdafx.h"

#include <iostream>

#include <stdlib.h>

usingnamespacestd;

intsum(int**x,constintn,constintm)

{

ints=0;

for(inti=0;i<n;i++)

for(intj=0;j<m;j++)

s+=x[i][j];

returns;

}

voidmain()

{

setlocale(LC_ALL,"Russian");

constintN=4,M=3;

//создаем одномерный массив указателей размером N элементов

//(то что это массив указывают квадратные скобки, а то что указателей -*)

int**a=newint*[N];

for(inti=0;i<N;i++)

//динамически создаем одномерный массив размерностью M

//и присваиваем его адрес элементу массива указателей

a[i]=newint[M];

//заполним массив случайными числами и выведем его на экран

for(inti=0;i<N;i++)

{

for(intj=0;j<M;j++)

{

//путем получения остатка (%) зададим числа в диапазоне от 0 до 9

a[i][j]=rand()%10;

//здесь по индексу i выбирается указатель на одномерный массив

//а индексу j - элемент в этом массиве

cout<<a[i][j]<<"\t";

}

cout<<endl;

}

cout<<sum(a,N,M);

//освобождаем выделенную память в обратном порядке

for(inti=0;i<N;i++)

//сначала удаляем одномерные массивы

delete[](a[i]);

//а затем и сам массив указателей

delete[]a;

}

Схема получившегося массива представлена на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 – Схема двумерного массива для передачи в функцию

Функция. Описание функций на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Функция. Описание функции. Фактические и формальные параметры. Вызов функции. Рекурсия. Примеры

2. Описание систем в форме передаточных функций. Типовые соединения звеньев. Преобразование структурных схем

3. ФУНКЦИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ И ФУНКЦИЯ СБЕРЕЖЕНИЙ В КЕЙНСИАНСКОЙ МОДЕЛИ

4. Исследование функций и построение графиков функций

5. Природа и состав функций менеджмента. Взаимосвязь функций в процессе управления. Специальные функции управления

6. Процедуры и функции. Заголовок и тело процедур и функций, классификация параметров. Вызов процедур и функций. Особенности их использования. Особенности использования массивов в качестве параметров

7. ПР как функция управления

8. Монотонная функция

9. Переключательная функция g (х)

10. Секреторная функция