Использование принципов модульного программирования. 
Пользовательские меню

Основные понятия модульного программирования в C++ Builder

Когда программа становится большой по объему и сложной для восприятия, есть смысл разделить ее по содержанию на небольшие логические части, называемые функциями, каждая из которых будет выполнять определенную задачу.

В результате программа станет более легкой для понимания при создании, и для процесса отладки. Кроме того, при создании функции не потребуется создания двух, а то и большего количества почти одинаковых фрагментов программного кода.

Распределение программы на функции является базовым принципом структурного программирования. Функция — это независимая именуемая часть программы, которая может многократно вызываться из других частей программы, манипулировать данными и возвращать результаты. Каждая функция имеет собственное имя, по которому осуществляют ее вызов.

Различают две основные разновидности функций:

• 1) стандартные встроенные функции, которые являются составной частью языка программирования, например sin (), pow () и т. д.
• 2) функции, которые создаются непосредственно пользователем для собственных нужд. [19]

Создаваемая в программе функция должна быть объявленной и определенной. Объявление функции должно быть написанным в программе раньше за ее использование. Определение может находиться в любом месте программы, за исключением тела (середины) других функций. Объявление функции состоит из прототипа (или заголовка) и имеет форму.

[класс] ().

Например объявления функции вычисления среднеарифметического двух целых чисел может иметь вид.

float sred (int a, int b);

где sred — имя функции; a и b — формальные входные аргументы (параметры), которые по вызову принимают значения фактических параметров; float — тип функции, который непосредственно является типом результата выполнения операторов функции.

Результат возвращается оператором return. Прототип функции может находиться как непосредственно в программе, так и в заголовочном файле.

Кроме объявления, каждая функция должна иметь определение (реализацию). Определение функции, кроме заголовка, содержит тело функции (команды, которые выполняет функция) и команду возврата результата return [20].

().

{.

return.

}.

Например, определение функции sred может быть таким:

float sred (int a, int b).

{.

float sr;

sr = (a + b)/2.0;

return sr;

}.

Приведенная функция вычисляет среднеарифметическое двух целых чисел a и b и возвращает его значение в точку вызова.

В случае, когда определение функции размещенj в программе раньше точки вызова, писать отдельно объявления и отдельно реализацию этой функции нет необходимости и объявление функции можно избежать. [19].

Если функции выполняют определенные вычисления и действия, которые не требуют возвращения результатов, по их тип указывают тип void (т.е. пустой, без типа). В таких функциях оператор return может отсутствовать или записываться без значения, которое возвращается. Ярким примером таких функций является отзывы событий в C++ Builder, например:

void __fastcall TForm1: Button1Click (TObject * Sender).

{.

}.

В представленном ниже примере создание собственной консольной функции max3() все вычисления для поиска максимального из трех действительных чисел x, y и z, а также действия в отношении вывода результатов вычислений происходят в функции и нет нужды возвращать их через return:

void max3(float x, float y, float z).

{.

if (x> y && x> z).

cout << x;

else.

if (y> x && y> z).

cout << y; else cout << z;

}.

Выполнение функции начинается, когда в тексте программы встречается оператор вызова, то есть имя функции с фактическими параметрами в скобках. При этом формальные параметры последовательно принимают значения фактических: значение первого фактического аргумента копируется в первый формальный аргумент, второй — во второй и т. д.

Поэтому очень важными факторами являются количество, порядок записи и соответствие типов всех аргументов, иначе это может привести к серии ошибок. Если функция объявлена с любым типом, кроме типа void, то есть она возвращает определенный результат, при вызове такой функции ее следует присвоить переменной того же типа, что и сама функция, то вывести на экран с помощью оператора вывода. [18].

Например, функцию sred () может быть вызван в один из способов:

int a = 5, x = 2, y = 3, z, s1, s2;

• 1) z = sred (5, 4); // Z = 4.5
• 2) s1 = sred (a, 11); // S1 = 8
• 3) s2 = sred (x, y) // S2 = -0.5

Рекурсивной называется функция, которая вызывает сама себя. Такая рекурсия называется прямой. Существует еще косвенная рекурсия, когда две или более функций вызывают друг друга.

Общеизвестный пример рекурсивного изображения — предмет между двумя зеркалами — в каждом из них видно бесконечный ряд отражений.

Кроме того, понятие рекурсии хорошо иллюстрируется матрешками. Это означает, что рекурсия позволяет свести сложную задачу к решению его уменьшенных копий. Последовательно уменьшая размер этих задач, процесс рекурсии в конце концов приведет к известному решению, используя который можно легко получить решение исходной задачи.

Более серьезные примеры рекурсии можно найти в математике: рекуррентные соотношения определяют определенный элемент последовательности через один или несколько предыдущих. Например, числа Фибоначчи:

F (n) = F (n-1) + F (n-2), где F (0) = 1, F (1) = 1.

Если рассматривать эту последовательность, начиная от младших членов к старшим, способ ее построения задается циклическим алгоритмом, а если, наоборот, — от заданного n = n0, то способ определения этого элемента через предыдущие будет рекурсивным.

Очевидно, что рекурсия не может быть безусловной, поскольку в таком случае она становится бесконечной. Рекурсия должна иметь внутри себя условие завершения, по которому следующий шаг рекурсии уже не будет выполняться.

Рекурсивные функции только на первый взгляд похожи на обычные фрагменты программ. Чтобы почувствовать специфику рекурсивной функции, стоит проследить по тексту программы течение ее выполнение. В обычной программе будем идти цепочкой вызовов функций, но ни разу повторно не войдем в тот же фрагмента, пока из него не вышли.

Можно утверждать, что ход выполнение программы «ложится» однозначно в текст программы. Другое дело — рекурсия. Если попытаться отследить по тексту программы течение ее выполнение, то доберемся такой ситуации: войдя в рекурсивной функции, «движемся» ее текстом до тех пор, пока не встретим ее вызов (возможно, с другими параметрами), после чего снова начнем выполнять ту же функцию сначала. При этом следует отметить важнейшее свойство рекурсивной функции: ее первый вызов еще не завершился.

Чисто внешне создается впечатление, что текст функции воспроизводится (копируется) каждый раз, когда функция сама себя вызывает. На самом деле этот эффект воспроизводится в компьютере. Однако копируется при этом не весь текст функции (не вся функция), а только ее части, связанные с локальными данными (формальные, фактические параметры, локальные переменные и точка поворота). Алгоритмическая часть (операторы, выражения) рекурсивной функции и глобальные переменные не изменяются, поэтому они присутствуют в памяти компьютера в единственном экземпляре.

Каждый рекурсивный вызов порождает новый «экземпляр» формальных параметров и локальных переменных, причем старый «экземпляр» не уничтожается, а сохраняется в стеке на принципе вложенности как «матрешки». Здесь имеет место единственный случай, когда одному имени переменной в ходе работы программы соответствуют несколько ее экземпляров. Происходит это в такой последовательности:

• — В стеке резервируется место для формальных параметров, куда записываются значения фактических параметров. Обычно это выполняется в порядке, обратном их места в списке;
• — При вызове функции в стека записывается точка поворота — адрес той части программы, где содержится вызов функции;
• — В начале тела функции в стеке резервируется место для локальных (автоматических) переменных.

Указанные переменные создают группу (фрейм стека). Стек «помнит историю» рекурсивных вызовов в виде последовательности (цепочки) таких фреймов. Программа в каждый конкретный момент работает с последним вызовом и с последним фреймом. По завершении рекурсии программа возвращается к предыдущей версии рекурсивной функции и к предыдущему фрейма в стеке.

Классическим примером рекурсивной функции является вычисление факториала.

Для того чтобы определить факториал числа n, следует умножить n на факториал числа (n-1):

n! = n * (n-1)! // Это так называемое рекуррентное соотношение.

Известно также, что 0! = 1 и 1! = 1, то есть условием остановки рекурсии будет: якщo n = 0 или n = 1, то факториал равен 1.

Дадим полное рекурсивное определение факториала:

Итак, рекурсивная функция вычисления факториала числа n выглядеть так:

long fact (long n).

{.

if (n == 0 || n == 1).

return 1;

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

}.

Если в функции main () встретится вызов функции fact (3), при выполнение этой функции будет вызвана функция fact (2), которая в свою очередь вызовет fact (1). Для последней сработает условие остановки рекурсии (n == 1) и в функцию fact (2) будет возвращено значение 1 и вычислено значение 2(2! = 2), которое в свою очередь будет возвращен к функции fact (3) и будет использовано для вычисления 3!