Основы алгоритмизации (ОАП) / Теория / Функции

Главная

ФУНКЦИИ

Определение функций

Функция – это совокупность объявлений и операторов, обычно предназначенная для решения определенной задачи.

Одно из главных преимуществ, предоставляемых функцией, состоит в том, что она может быть выполнена столько раз, сколько необходимо, в различных точках программы. Без такой возможности программы были бы намного больше, поскольку один и тот же код повторялся бы много раз. Необходимость в функциях вызвана также тем, что для независимой разработки и тестирования программу можно разбивать на фрагменты.

Каждая функция должна иметь имя, которое используется для ее объявления, определения и вызова. В любой программе С/C++ должна быть функция с именем main (главная функция), именно с этой функции, в каком бы месте программы она не находилась, начинается выполнение программы.

С использованием функций связаны три понятия – определение функции (описание действий, выполняемых функцией), объявление функции (задание формы обращения к функции) и вызов функции.

Определение функции имеет следующую форму:

[спецификатор-класса-памяти][спецификатор-типа] имя-функции ([список-формальных-параметров])

{

тело-функции

}

Необязательный спецификатор-класса-памяти задает класс памяти функции, который может быть static или extern.

Спецификатор-типа функции задает тип возвращаемого значения. Если он не задан, то предполагается, что функция возвращает значение типа int.

Имя-функции – либо main для основной функции, либо произвольный идентификатор, не совпадающий со служебными словами и именами других объектов программы.

Список-формальных-параметров – это последовательность объявлений формальных параметров вида <обозначение_типа> <имя_параметра>, разделенная запятыми. Формальные параметры – это переменные, используемые внутри тела функции и получающие значение при вызове функции путем копирования в них

1

значений соответствующих аргументов (фактических параметров). Схема отношений между формальными параметрами и аргументами (фактическими параметрами) приведена на рис.1.

Аргументы (фактические

параметры)

cout << add (1, 10);

Значения аргументов заменяют параметры в определении функции

Рис. 1. Схема отношений между параметрами функции

Если функция не использует параметров, то наличие круглых скобок обязательно, а вместо списка параметров надо или указать слово void, или ничего не указывать.

Тело функции – это часть определения функции, заключенная в фигурные скобки { }, содержащая операторы, определяющие действие функции.

Для передачи результата из функции в вызывающую функцию используется оператор return. Он может использоваться в двух формах: return; – завершает функцию, не возвращающую никакого значения (т. е. перед именем функции указан тип void) и return <выражение>; – возвращает значение выражения, выражение должно иметь тип, указанный перед именем функции. Если программист не пишет оператор return явно, то компилятор автоматически дописывает return в конец тела функции перед закрывающей фигурной скобкой.

Функция не может возвращать массив или функцию, но может возвращать указатель на любой тип, в том числе и на массив, и на функцию. Тип возвращаемого значения, задаваемый в определении функции, должен соответствовать типу в объявлении этой функции. Пример:

int rus (unsigned char r)

{

if (r >= 'А' && r <= ' ') return 1;

else

return 0;

}

Все переменные, объявленные в теле функции без указания класса памяти, имеют класс памяти auto, т.е. они являются локальными. При вызове функции локальным

2

переменным отводится память в стеке и производится их инициализация. Управление передается первому оператору тела функции, и начинается выполнение функции, которое продолжается до тех пор, пока не встретится оператор return или последний оператор тела функции. Управление при этом возвращается в точку, следующую за точкой вызова, а локальные переменные становятся недоступными. При новом вызове функции для локальных переменных память распределяется вновь, и поэтому старые значения локальных переменных теряются.

Параметры функции передаются по значению и могут рассматриваться как локальные переменные, для которых выделяется память при вызове функции и производится инициализация значениями фактических параметров. При выходе из функции значения этих переменных теряются.

Определения используемых функций могут следовать за определением функции main, перед ним, или находиться в другом файле. Для того, чтобы компилятор мог осуществить проверку соответствия типов передаваемых фактических параметров типам формальных параметров до вызова функции нужно поместить объявление (прототип) функции.

Объявление функций

Если требуется вызвать функцию до ее определения в рассматриваемом файле, или определение функции находится в другом исходном файле, то вызов функции следует предварять объявлением этой функции. Объявление (прототип) функции имеет следующий формат:

[спецификатор-класса-памяти] [спецификатор-типа] имя-функции ([список-формальных-параметров]) [,список-имен-функций];

В отличие от определения функции, в прототипе за заголовком сразу же следует точка с запятой, а тело функции отсутствует. Если несколько разных функций возвращают значения одинакового типа и имеют одинаковые списки формальных параметров, то эти функции можно объявить в одном прототипе, указав имя одной из функций в качестве имени-функции. Правила использования остальных элементов формата такие же, как при определении функции. Имена формальных параметров при объявлении функции можно не указывать, а если они указаны, то их область действия распространяется только до конца объявления.

Тип возвращаемого значения при объявлении должен соответствовать типу возвращаемого значения в определении функции. Если прототип функции не задан, а встретился вызов функции, то строится неявный прототип из анализа формы вызова функции.

Пример прототипов:

int rus (unsigned char r); int rus (unsigned char);

3

Синтаксической ошибкой является, если прототип и определение функции не согласуются.

Вызов функций

Вызов функции имеет следующий формат:

адресное-выражение ([список-выражений])

Поскольку синтаксически имя функции является адресом начала тела функции, в качестве обращения к функции может быть использовано адресное выражение (в том числе и имя функции или разадресация указателя на функцию), имеющее значение адреса функции.

Список-выражений представляет собой список фактических параметров, передаваемых в функцию. Этот список может быть и пустым, но наличие круглых скобок обязательно.

Адресное выражение, стоящее перед скобками, определяет адрес вызываемой функции. Это значит, что функция может быть вызвана через указатель на функцию. Пример:

int (*fun)(int x, int *y);

Здесь объявлена переменная fun как указатель на функцию с двумя параметрами: типа int и указателем на int. Сама функция должна возвращать значение типа int. Круглые скобки, содержащие имя указателя fun и признак указателя *, обязательны, иначе запись

будет интерпретироваться как объявление функции fun, возвращающей указатель на int.

Вызов функции возможен только после инициализации значения указателя fun и имеет вид:

(*fun)(i,&j);

Любая функция в программе может быть вызвана рекурсивно, т.е. она может вызывать саму себя. Компилятор допускает любое число рекурсивных вызовов. Пример рекурсии – это математическое определение факториала n!:

long fakt(int n)

{

return ( (n == 1) ? 1 : n * fakt(n-1) );

}

Вызов функции с переменным числом параметров

4

то инициализатор второго параметра является параметром по умолчанию. То есть, если в вызове дан только один параметр, в качестве второго используется параметр по умолчанию. Например:

cout << func(31) << func(32,3);

// интерпретируется как cout << func(31,0) << func(32,3);

Параметр по умолчанию проходит проверку типа во время описания функции и вычисляется во время ее вызова. Задавать параметр по умолчанию возможно только для последних параметров.

Аргументы по умолчанию должны быть указаны при первом упоминании имени функции – обычно в прототипе. Значения по умолчанию могут быть константами, глобальными переменными или вызовами функций.

Перегрузка имен функций

В С++ возможно определение нескольких функций с одинаковым именем, но с разными типами формальных параметров и результата. При этом транслятор выбирает соответствующую функцию по типу аргументов. Например:

int max (int arr[], int size); // прототипы перегруженных функци

long max (long arr[], int size); double max (double arr[], int size);

double max (long arr[], int size);

// ошибка, не допустимая перегрузка

Приведенные функции разделяют одно общее имя, но разные списки параметров. Перегруженные функции можно различать по наличию параметров разного типа либо по различному количеству параметров. Функции не могут быть перегружены, если описание их параметров отличается только модификатором const или наличием ссылки. Разные типы возвращаемых значений не могут адекватно различать функции.

Поэтому функция double max (long arr[], int size); неотличима от long max (long arr[], int size); функции.

Фактически все функции (не только перегруженные) должны иметь уникальные сигнатуры, определяемые именем и списком параметров, иначе программа не компилируется.

Назначение перегрузки – разрешить выполнять одно и то же действие с разными операндами. Если имеется серия функций, по сути выполняющих одно и то же, то их необходимо перегружать.

Передача параметров функции main

6

int first_val = 2; int second_val = 5;

int result = add (first_val, second_val )

// исходные аргументы не доступны, //здесь только копии

}

Рис. 2. Диаграмма механизма передачи аргумента по значению

В языке С параметры передаются только по значению. Последствие механизма передачи по значению состоит в том, что функция не может напрямую модифицировать переданные ей аргументы.

Общепринятый способ обеспечить функции непосредственный доступ к какойлибо переменной из вызывающей программы заключается в том, чтобы вместо самой переменной в качестве параметра передавать ее адрес.

Рассмотрим пример, в котором происходит обмен значений переменных:

.............................

void swap ( int *, int *); // прототип функции

.............................

int a = 10;

int b = 20;

swap (&a, &b); //вызов функции

.............................

.............................

void swap ( int *x, int *y)

{

int c; // временная перменная с = *x; // запоминаем х

*x = *y; // в х записываем y *y = c; // в y записываем х

}

8

При вызове функции передаются адреса переменных a и b. Это означает, что формальные параметры должны быть описаны как указатели на соответствующий тип данных. При таком описании формальных параметров вызываемой программе становятся доступными адреса переменных из вызывающей программы, которые являются в ней локальными. Если известны адреса, то применимы операции чтения и возврата по адресу.

В функцию можно передавать массивы, но в этом случае массив не копируется, даже несмотря на то, что применяется передача по значению. Имя массива преобразуется в указатель, и копия указателя на начало массива передается в функцию по значению. Однако элементы массива могут быть изменены внутри функции, и поэтому массив – единственный тип, который может быть передан по значению. Например:

//вычисление суммы элементов массива вариант 1 int sum (int n, int a[])

{

int s = 0;

for( int i = 0; i < n; i++ ) s += a[i];

return s;

}

.............................

int a[] = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 }; // массив int s = sum( 7, a ); // вызов функции sum

cout << s;

.............................

// вычисление суммы элементов вариант 2 int sum (int n, int *a)

{

int s = 0;

for(int i = 0, s = 0; i < n; s += *a++, i++); return s;

}

.............................

int a[] = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 }; int s = sum( 7, a ); // вызов функции sum

cout << s;

Во втором варианте функции sum везде используется нотация указателей, несмотря на то, что работа идет с массивом. В операторе цикла при суммировании элементов массива s += *a++ увеличивается адрес массива. Механизм передачи по значению создает копию исходного адреса массива, поэтому в теле функции модифицируется копия, исходный адрес массива остается неизменный.

Возврат результата

Функция в качестве результата может возвращать указатель. В этом случае она обычно «выбирает» некоторую переменную из имеющихся или же динамически

9

«создает» ее:

int *min(int A[], int n)

//функция возвращает указатель на

//минимальный элемент массива

{

int *pmin, i;

// рабочий указатель, содержащий результат

for (i = 1, pmin = A; i < n; i++) if (A[i] < *pmin)

pmin = &A[i]; return pmin;

}

Указатель – результат функции, может ссылаться не только на отдельную переменную, но и на массив.

Существует «железное» правило относительно возвращаемых адресов: никогда не возвращать из функции адрес локальной автоматической переменной.

Ссылки как формальные параметры и результат функции

Передача параметров функции в виде ссылки изменяет метод передачи. Передаваемый параметр выступает псевдонимом передаваемого фактического параметра (аргумента). Это исключает всякое копирование и обеспечивает функции прямой доступ к аргументу. Тогда, нет необходимости в разыменовании указателей на значения, как в предыдущем примере. Например:

int incr (int& n)

{

n++; return n;

}

.............................

Здесь ссылка как параметр функции будет создаваться и инициализироваться при каждом вызове функции и разрушатся по ее завершении, т.е. каждый раз получается новая ссылка. Функция incr непосредственно модифицирует переменную, переданную ей в аргументе. Если в качестве аргумента передать числовое значение (например, 10), то компилятор выдаст сообщение об ошибке, так как изменять значения констант нельзя.

Использование модификатора const

10