8.7. Локальные, глобальные и статические переменные

Переменные, объявленные в теле функции, считаются локальными, принадлежащими только данной функции и недоступными для других функций. Поэтому написание функций – работа достаточно автономная, не требующая знакомства с текстами других функций. Это позволяет многим исполнителям вести параллельную разработку блоков больших программ.

К числу локальных переменных следует отнести и формальные параметры функции. Всем им оперативная память выделяется в момент вызова функции и возвращается системе после завершения работы функции. Если объявление локальной переменной совмещается с ее инициализацией, то инициализация происходит при каждом вызове функции. Этим языки C, C++ отличаются от языка Паскаль, где инициализация происходит только один раз в момент загрузки программы в память.

Если локальная переменная объявляется со спецификатором static, то такая переменная причисляется к категории статических. Память, выделенная для статических переменных, сохраняется за ними до окончания работы программы. Поэтому значения статических переменных сохраняются после выхода из функции, и при повторном обращении функция-владелец может воспользоваться предыдущим значением своей статической переменной. Для других функций значение этой статической переменной продолжает оставаться недоступным.

Переменные, объявленные за пределами всех функций, относятся к разряду глобальных. Для всех функций, расположенных в этом же программном файле, глобальные переменные общедоступны. Для "чужих" функций, находящихся в других программных файлах, такие глобальные переменные могут оказаться доступными при соблюдении двух условий:

• глобальная переменная объявлена без спецификатора static;

• в другом программном файле или в теле "чужой" функции эта переменная упомянута со спецификатором extern.

Глобальная переменная, объявленная со спецификатором static, доступна только для функций данного программного файла.

8.8. Возврат значения функции

Значение, которая функция возвращает вызывающей программе, указывается в операторе return. В теле функции, возвращающей значение, может находиться несколько операторов return.

8.9. Рекурсивные функции

Рекурсивные определения и рекуррентные вычислительные схемы довольно часто используются в математике. Например:

n! = n*(n-1)! //рекурсивное определение факториала

y_n+1=0.5*(y_n+x/y_n) //итерационная формула метода Ньютона

По аналогии с такими подходами в программировании появились рекурсивные функции, которые вызывают сами себя. Кроме такой непосредственной (прямой) рекурсии возможна и косвенная рекурсия. Она имеет место, когда в цепочке функций, последовательно вызывающих друг друга, последняя функция обращается к первой. Чтобы избежать бесконечного зацикливания, в таких рекурсивных цепочках должно быть обязательно предусмотрено условие выхода.

Наиболее часто цитируемым примером рекурсивной программы является вычисление факториала:

long fact(int n)

{ if (n<2) return 1L;

return (n*fact(n-1));

}

Еще один пример, демонстрирующий вычисление n-го элемента в последовательности чисел Фибоначчи:

F_n=F_n-2+F_n-1

int Fib(int n)

{ if(n<3) return 1;

return Fib(n-2)+Fib(n-1);

}

Пример с числами Фибоначчи представляет собой крайне неэффективную по производительности программу. Дело в том, что каждый вызов функции связан с выделением участка стека, где должны храниться локальные переменные и промежуточные результаты вычислений. А функция Fib содержит в своем теле два вызова самой себя. В большинстве случаев вместо рекурсивной функции не так уж и сложно написать функцию, не содержащую рекурсии, которая и работает быстрее, и более экономно использует оперативную память. Два выше приведенных примера легко поддаются такой переделке:

long fact(int n)

{ long f=1;

for(int j=2; j<=n; j++) f=f*j;

return f;

}

//-------------------------------

int Fib(int n)

{ int j,f,f1=1,f2=1;

if(n<3) return 1;

for(j=3; j<=n; j++)

{ f=f1+f2; f1=f2; f2=f; }

return f;

}

Однако некоторые рекурсивные программы смотрятся очень неплохо. Например, функция нахождения наибольшего общего делителя двух чисел по алгоритму Евклида. Идея ее построения базируется на трех очевидных фактах:

1. НОД(n1,n2)=НОД(n2,n1)

2. НОД(0,n2)=n2

3. НОД(n1,n2)=НОД(n2,n3), где n3=n1(mod n2)

//Рекурсивный вариант нахождения НОД

int nod(int n1,int n2)

{ if(n1==0) return n2;

return nod(n2%n1,n1);

}

Эту функцию тоже несложно преобразовать в программу без рекурсии:

int nod(int n1,int n2)

{ int t;

m: if(n2<n1) {t=n1; n1=n2; n2=t; }

if(n1==0) return n2;

n2=n1%n2;

goto m;

}