08 Functions

Бублик Володимир Васильович

Програмування - 2

Лекція 8. Процедурне програмування.

Функції

Лекції для студентів 2 курсу

1. Визначення та виклик функції

© Бублик В.В. Програмування-2. 8. Процедурне програмування. Функції

3

Визначення функції

• //Greatest Common Divider• //заголовок• int gcd (int m, int n)• //тіло функції• {• while (m != n)• if (m>n) m=m-n; else n=n-m;• // m == n• //результат• return m;• }


4

Виклик функції

• int a, b, c;• cin>>a>>b;• c = gcd (a, b); //1. Ініціалізація параметрів• // int m=a; int n=b;• //2. Виконання тіла фукції• //3. Обчислення результату (c=m;)Звичайно виклик функції полягає в припиненні

нормального ходу виконання об'єктного коду, що містить виклик. Відбувається ініціалізація і починає виконуватись об'єктний код функції. Після повернення результату виконання основного коду відновлюється


5

Способи виконання функцій

Закрита функція• Викликається командою переходу з

поверненнямВідкрита (вбудована) функція• Підставляється в кожне місце виклику

В обох випадках параметри і результат передаються в один і той же спосіб


6

Вбудовані функції

Об'єктний код закритої функції присутній в програмі один раз. Відповідні команди керування приводять до її активації, виконання коду і наступного повернення в код виклику. Це накладні витрати виклику. Їх можна зменшити, якщо розміщувати код функції безпосередньо в місці виклику. Накладними витратами в цьому разі стане дублювання коду в кожному місці виклику. Компілятор сам приймає рішення, як реалізувати функцію (inline лише порада).

• inline double max(double x, double y)• { return (x>y)?x:y; }


7

Приблизна схема викликів

• z= max (5, 6);

• z= max(max(1,2),3);

• double x = 5;• double y = 6;• z = (x>y)?x:y;

• double x = 1;• double y = 2;• double x1 = (x>y)?x:y;• double y1 = 3;• z = (x1>y1)?x1:y1;


8

Макровизначення

Макровизначення на перший погляд дуже схожі на вбудовані функції, вони теж підставляються в місця виклику, але відрізняються від вбудованих функцій способом передачі параметрів текстовою підстановкою.

Приклад макровизначення• #define MAX(x,y) ((x)>(y))?(x):(y)

Приклади макровикликів• MAX(1,2);• MAX(a+b, c-d);


9

Приклади макропідстановок

• double a = MAX(1,2); //((1)>(2))?(1):(2)• cout<<a<<endl; //2• double b=2;• a= MAX(++a,b); // ((++a)>(b))?(++a):(b) or• // (3>2)?4:2) == 4 • cout<<a<<endl; // 4• // The next expression is not correct• // because of priorities• cout<<MAX(++a,b)<<endl; //means• // cout<<(5>2)?6:4<<endl or• // (cout<<(5>2))?6:(4<<endl) ERROR


10

Виклик функції

• inline double max(double x, double y)• { return (x>y)?x:y; }

• double a = max(1,2);• // double x=1; double y=2; //ініціалізація параметрів• // return (1>2)?1:2 == 2 виконання тіла і

повернення• cout<<a<<endl; //2• double b=2;• a= max(++a,b);• // double x=++a, double y=b; (x==3, y==2)• // return (3>2)?3:2 == 3

2. Передача параметрів


12

Передача параметрів

Розглянемо оголошення функції• void f (T x);де f ― ім'я функції, T ― тип параметру, x ― ім'я

параметру

Розглянемо виклик цієї функції• f(e);де e ― вираз підходящого типу (фактичний параметр)

Виконання функції починається визначенням локальної змінної для параметру x з її одночасною ініціалізацією

• T x = e;


13

Передача параметрів значенням

Ініціалізація• T x = e;говорить про те, що перед виконанням функції

обчислюється значення фактичного параметру е (r-value)

Кажуть, що параметри передаються значеннямЗалежно від типу T ці значення можуть бути 1. значеннями базових типів, структур,2. адресами (у випадку указників)3. відсилками (у випадку псевдонімів)


14

Сторонній ефект

1. Якщо передаються значення базових типів або структур, то виконання функції не впливає на наступні значення фактичних параметрів

2. Якщо формальний параметр є указником, то можлива зміна значення елементу пам'яті, на який цей указник встановлено

3. Якщо формальний параметр псевдонім, то через нього функція одержує прямий доступ до елементу пам'яті, до якого псевдонім відсилає

Якби не було стороннього ефекту, то який сенс мали б функції виду void f (T x)?


15

Приклад 1. swap

• void swap( double x, double y)• { // значення базового типу double• double z = x; x=y; y=z;• cout<<x<<‘,’<<y<<endl; //2,1• }

• double a=1, b=2;• swap(a,b);• // double x=a, y=b; • cout<<a<<‘,‘<<b<<endl; // 1,2


16

Приклад 2. pswap

• void pswap(double *x, double *y)• {• double z = *x; *x=*y; *y=z;• cout<<*x<<‘,’<<*y<<endl; //2,1• }

• double a=1, b=2;• pswap(&a, &b); //за коректність відповідає

користувач• // double *x= &a, *y= &b; • cout<<a<<‘,‘<<b<<endl; // 2,1


17

Приклад 3. rswap (тільки С++)

• void rswap( double &x, double &y)• {• double z = x; x=y; y=z;• cout<<x<<‘,’<<y<<endl; // 2,1• }

• double a=1, b=2;• rswap(a,b); //за коректність відповідає розробник• // double &x=a, &y=b; • cout<<a<<‘,‘<<b<<endl; // 2, 1


18

Безпечність виклику

Безпечні• swap(a,b); rswap(a,b);Небезпечний• pswap(&a, &b); // pswap(0, &b); ???

• void pswap(double *x, double *y)• {• assert((x!=0)&&(y!=0));• double z = *x; *x=*y; *y=z;• cout<<*x<<','<<*y<<endl; • }


19

Масиви як параметри

Масиви ― головна причина використання параметрів-указників

Використання параметром масиву нічим не відрізняється від параметра-указника

• T *a

• T a[]


20

Задача додому

Що б це значило? Організуйте виклик функції ptrswap та графічно зобразіть роботу з пам'яттю

• void ptrswap( int *&u, int *&v ) • { • int *w = v;• v = u;• u = w;• }


21

Приклад 4.

Не має значення, як визначити параметр в кожній з трьох сигнатур

• void init (char* ch);

• void show (char ch[]);

• void swapar (char []);


22

Приклад 4 (1).

• const int n=26;

• int main()• {• char ch[n];• init (ch);• show(ch);• swapar(ch);• show(ch);• return 0;

• }


23

Приклад 4(2).

• void init(char* ch)• {• for(int i= 'a'; i<'a'+n; i++) //не дуже добре• ch[i-'a'] = i;• }

Ніхто не заборонить навіть таке• for(int i= 'a'; i<'a'+100000; i++)• ch[i-'a'] = i;Результат передбачити неможливо, швидше

всього access violation


24

Приклад 4(3).

Допустимий навіть зовсім безглуздий виклик

• char ch;• init(&ch);

Теж access violation


25

Приклад 4’(1).

Краще рішення передати розмір масиву додатковим параметром

• void init (char* ch, int n);

• void show (char ch[], int n);

• void swapar (char [], int);


26


• int main()• {• const int n=26;• char ch[n];• init (ch, n);• show (ch, n);• swapar (ch, n);• show (ch, n);• return 0;

• }


27


• void init (char* ch, size_t n)• {• for(int i= 'a'; i<'a'+n; i++) //тепер в порядку• ch[i-'a'] = i;• }


28


• void show(char ch[n], size_t n)• {• cout<<"start string:"<<endl;• for (int i=0; i<n; i++)• cout<<ch[i]<<' ';• cout<<endl;• }


29


• void swapar(char ch[], size_t n)• {• for (int i = 0; i<n/2; i++)• pswap(ch+i,ch+n-1-i);• };


30


Результат роботи

• start string:• a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z • start string:• z y x w v u t s r q p o n m l k j i h g f e d c b a


31

Висновок

Передаючи в функцію параметром масив (або указник як масив), передбачаємо розмір масиву додатковим параметром

• void f (T *array, size_t size);

або краще• void f (T [] array, size_t size);


32

“Загорнуті” масиви

// Визначення “загорнутого” вектора

• struct WrappedVector• {• static const int n; //статичне поле одне на

всіх• double * x;• };

// сигнатура добутку (дуже погана)• double prod (WrappedVector, WrappedVector);


33

Параметри сталі відсилки

// сигнатура добутку (краще)// структури не копіюються• double prod (WrappedVector&, WrappedVector&);

// сигнатура добутку (ще краще)// структури не копіюються,// доступ для зміни фактичного// параметру закрито

• double prod (const WrappedVector&, const WrappedVector&);


34

Скалярний добуток

// визначення статичного поля структури• const int WrappedVector::n = 100;// визначення скалярного добутку• double prod (const WrappedVector& a,

const WrappedVector& b)• {• double s = 0;• for (int i=0; i<a.n; i++)• s+=a.x[i]*b.x[i];• return s;• }


35

Створення вектору ― конструктор

// Відсилка ― повний доступ• void construct (WrappedVector &);

• void construct (WrappedVector & a)• {• a.x = new double [a.n];• for (int i=0; i<a.n; i++)• a.x[i] = rand();• return;• }


36

Видалення об'єкту ― деструктор

• void destroy (WrappedVector& a)• {• delete [] a.x;• a.x = 0;• return;• }

// Як примусити кожного прибирати за собою?


37

Замовчувані значення параметрів

1. T f (T1 x1=a1, T2 x2=a2, …, Tn xn=an);2. f(); f(c1); f(c1,c2);….

• void createPoint(Point & u, double x=0, double y=0)• {• u._x = x; u._y=y;• }

• createPoint (u); // (0,0)• createPoint (v, 1);// (1,0)• createPoint (w, 1, 2); // (1,2)


38

Типи параметрів (перший підсумок)

1. const T

2. T

3. T&

4. const T&

Копіювання, незмінний формальний параметр, немає впливу на фактичний параметр

• Копіювання, змінний формальний параметр, немає впливу на фактичний параметр

Відсилка без копіювання, повний доступ до фактичного параметру (C++)

Стала відсилка без копіювання, фактичний параметр незмінний (C++)


39

Порівняння типів параметрів

Найнадійніший параметр-результатT&

Параметри-значенняТочка зору користувача:

параметри T , const T і const T& не відрізняються з точки зору використання

Точка зору розробника:const T надійніший, бо не створює непорозумінь;

const T& найефективніший, оскільки не вимагає витрат на копіювання


40

Сталий параметр

• //Greatest Common Divider• int gcd (const int m0, const int n0)• {• int m = m0, n = n0;• while (m != n)• if (m>n) m=m-n; else n=n-m;• // m == n• // Початкові значення не втрачено• assert((m0%m==0) && (n0%n==0) );• return m;• }


41

Параметри-указники

5. T*

6. const T*

7. T* const

8. const T*const

Повний але непрямий доступ до фактичного параметру; передача масивів (T[]) (в стилі чистого С)Маловживаний тип параметру; доступ лише для читання: сталий фактичний параметр (vs const T&)Незмінний формальний параметр-указник, немає впливу на фактичний параметр-адресу (this в C++)Незмінний указник на сталий фактичний параметр

В усіх випадках 5-8 сам указник передається значенням


42

Головна проблема параметра-указника

Як відрізнити масив від скалярного значення?Вихід: жорстка дисципліна програмування, додатковий параметр типу size_t з відповідним коментарем

void f (double * px, size_t size_of_px);


43

Типова помилка в параметрі-указнику

// Думалось, що ця функція виділятиме пам’ять для// указника t• void allocate (char *t, size_t n, char c)• {• t = new char [n];• t[n-1]='\0';• for (int i=0;i<n-1;i++)• t[i]=c;• cout<<“This is inside: “<<t<<endl;• return;• }


44

Результат

// Виклик функції allocate • char a[]=“This was before”;• cout<<a<<endl;// This was before• allocate (a, 10, ‘a’); // This is inside: aaaaaaaaaa• cout<<a<<endl;// This was before

// Вихід: передати указник відсилкою• void construct (WrappedVector &);


45

Параметри-указники

9. T**

10.T*&

. . . . . . . . . . . . . . . . .11.const T* const * const

Указник-вихідний параметр (чистий С)

Те ж саме, але в стилі С++

А ще різні варіації на тему const


46

Указник другого рівня

// Тепер правильно • void allocate (char **t size_t n, char c)• {• *t = new char [n];• (*t)[n-1]='\0';• for (int i=0;i<n-1;i++)• (*t)[i]=c;• cout<<*t<<endl;• return;• }


47

Виклик указником другого рівня

// Виклик функції allocate • char *a=“This was before”;• cout<<a<<endl;// This was before• allocate (&a, 10, ‘a’); // This is inside: aaaaaaaaaa• cout<<a<<endl;// aaaaaaaaaa


48

Псевдонім указника

• void allocate (char *&t, size_t n, char c)• {• t = new char [n];• t[n-1]='\0';• for (int i=0;i<n-1;i++)• t[i]=c;• cout<<t<<endl;• return;• }


49

Виклик відсилкою до указника

// Виклик функції allocate • char *a=“This was before”;• cout<<a<<endl;// This was before• allocate (a, 10, ‘a’); // This is inside: aaaaaaaaaa• cout<<a<<endl;// aaaaaaaaaa


50

Особливості нульового параметру-указника

Структура дерева

• struct Tree • {• int node;• Tree *left;• Tree *right;• };

Вузли-листя мають нульові указники left і right


51

Вершина дерева

Параметр aTree відіграє роль параметру-результату

• void createTree(Tree **aTree, int node, Tree *left, Tree

*right)• {• *aTree = new Tree;• (*aTree) -> node = node;• (*aTree) -> left = left;• (*aTree) -> right = right;• return;• }


52

Видалення дерева

• void destroyTree(Tree **aTree)• {• Tree *subTree;• if ((*aTree)==0) return;• subTree = (*aTree)->left; //left

subtree• destroyTree(&subTree);• subTree = (*aTree)->right; //right subtree• destroyTree(&subTree);• delete *aTree; //delete root• *aTree = 0;• return;• }


53

Приклад використання

• int main()• {• Tree * t, *t1, *t2;• createTree(&t1,1,0,0);• createTree(&t2,2,0,0);• createTree(&t,3,t1,t2);• destroyTree (&t); //Проблема: значення t1 і

t2• return 0;• }


54

Завданння

Переписати обробку дерев, замінивши скрізь, де можна указники відсилками


55

Указники vs. відсилки

Замінимо• void createTree

(Tree **aTree, int node, Tree *left, Tree *right);на• void createTree

(Tree *&aTree, int node, Tree *left, Tree *right);але не• void createTree

(Tree *&aTree, int node, Tree &left, Tree &right);

бо виклик createTree(t1,1,0,0); стане незаконним


56

Зведення типів при передачі параметрів

• void show (double x)• {• cout<<x<<endl;• }// OK• int k=1; show(k); //1

• long int lk=2; show(lk); //2

• float x=3; show(x); //3•


57

Неявне зведення відсилок неможливе

• void show (double & x)• {• cout<<x<<endl;• }// ERRORS• int k=1; show(k);

• long int lk=2; show(lk);

• float x=3; show(x);


58

Явне зведення відсилок хибне

• void show (double & x)• {• cout<<x<<endl;• }// Type conversion• int k=1; show((double&)k); //-9.25596e+061

• long int lk=2; show((double&) lk); //2.122e-314

• float x=3; show((double&) x); //4.77656e-314

• Не намагайтеся допомогти компілятору: не вийде!


59

Неявне зведення указників неможливе теж

• void show (double * x)• {• cout<<x<<endl;• }// ERRORS• int k=1; show(&k);

• long int lk=2; show(&lk);

• float x=3; show(&x);

3. Обчислення результату


61

Результат функції

Результати значення1. T f(…);2. const T f(…);

Результати відсилки3. T& f(…);4. const T& f(…);

Результати указники5. T* f(…):


62

Результати-значення

Типи результатів T і const T не різняться для типів даних, прийнятих в С (далі в С++ будуть відрізнятися)


63

Точка площини

• struct Point• { • double _x; double _y;• };• const Point plus(Point u, Point v)• { • Point res;• res._x = u._x+v._x;• res._y = u._y+v._y;• return res;• }


64

Дерево

Як і в попередньому прикладі результат повністю копіюється при виході з функції

• Tree createTree ( int node, Tree * left, Tree * right)• {• Tree aTree;• aTree.node = node;• aTree.left = left;• aTree.right = right;• return aTree;• }


65

Результати-відсилки

Дають повний доступ до частин агрегатів даних, але не забувайте про правильну передачу параметру

• double& x (Point u) • {• return u._x;• }

• Point v; v._x = 10; v._y = 20;• cout<<x(v) <<endl; //10• x(v)= 125;• cout<< x(v)<<endl; //10, а не 125 ?!


66

Результати і параметри-відсилки

Тепер повний доступ до параметру

• double& x (Point & u) • {• return u._x;• }

• Point v; v._x = 10; v._y = 20;• cout<< x(v) <<endl; //10• x(v)= 125;• cout<< x(v) <<endl; // 125, а не 10?!


67

Сталі відсилки

Результати не копіюються, але й не доступні для змін

• const double& x (const Point & u) • {• return u._x;• }

• Point v; v._x = 10; v._y = 20;• cout<< x(v) <<endl; //10• // x(v)= 125; not possible now


68

Результати-указники

• Tree* createTree (int node, Tree *left, Tree *right)• {• Tree * aTree = new Tree;• aTree->node = node;• aTree->left = left;• aTree->right = right;• return aTree;• }Тепер можлива суперпозиція• t = createTree (3, createTree (1,0,0), createTree

(2,0,0));


69

Висновки

• Результат, створений у тілі функції, передаємо значенням

• Доступ до частини або всього агрегату даних, переданого фактичним параметром, забезпечуємо результатом відсилкою

• Створені у функції агрегати даних передаються указником


70

Рекурсія

Перетворює визначення в програму

• int gcd (int v1, int v2)• {• return v2 ? gcd (v2, v1%v2) : v1;• }


71

Неефективність рекурсії

• int BadFib(int n)• {• // Так не варто рахувати!!!• if (n==0) return 0; • if (n==1) return 1; • return BadFib(n-1)+BadFib(n-2);• }


72

Ефективна рекурсія

• void fib (int &f1, int &f2, int n)• {• // n зменшується на 1, f1 і f2 зсуваються

вправо• int f;• if (n>=2)• {• f=f2; f2+=f1; f1=f;• fib(f1, f2, n-1);• }• }

08 Functions

Entertainment & Humor