Подпрограммы. 
Процедуры и функции

Реферат Тема Подпрограммы. Процедуры и функции

Введение

подпрограмма программирование информация паскаль Подпрограмма (англ. subroutine) — это специальным образом оформленный фрагмент программы, к которому можно обратиться из любого места внутри программы. Подпрограммы существенно упрощают жизнь программистам, улучшая читабельность исходного кода, а также сокращая его, поскольку отдельные фрагменты кода не нужно писать несколько раз.

В любом языке программирования существуют подпрограммы. В языке C они называются функциями, в ассемблере — подпрограммами, а в Pascal существуют даже два вида подпрограмм: процедуры и функции.

1. Назначение подпрограмм Подпрограммы изначально появились как средство оптимизации программ по объёму занимаемой памяти — они позволили не повторять в программе идентичные блоки кода, а описывать их однократно и вызывать по мере необходимости. К настоящему времени данная функция подпрограмм стала вспомогательной, главное их назначение — структуризация программы с целью удобства её понимания и сопровождения.

· Выделение набора действий в подпрограмму и вызов её по мере необходимости позволяет логически выделить целостную подзадачу, имеющую типовое решение. Такое действие имеет ещё одно (помимо экономии памяти) преимущество перед повторением однотипных действий: любое изменение (исправление ошибки, оптимизация, расширение функциональности), сделанное в подпрограмме, автоматически отражается на всех её вызовах, в то время как при дублировании каждое изменение необходимо вносить в каждое вхождение изменяемого кода.

· Даже в тех случаях, когда в подпрограмму выделяется однократно производимый набор действий, это оправдано, так как позволяет сократить размеры целостных блоков кода, составляющих программу, то есть сделать программу более понятной и обозримой…

2. Механизм подпрограмм, их описание и вызов В простейшем случае (в ассемблерах) подпрограмма представляет собой последовательность команд (операторов), отдельную от основной части программы и имеющую в конце специальную команду выхода из подпрограммы. Обычно подпрограмма также имеет имя, по которому её можно вызвать, хотя ряд языков программирования допускает использование и неименованных подпрограмм. В языках высокого уровня описание подпрограммы обычно состоит по меньшей мере из двух частей: заголовка и тела. Заголовок подпрограммы описывает её имя и, возможно, параметры, то есть содержит информацию, необходимую для вызова подпрограммы. Тело — набор операторов, который будет выполнен всякий раз, когда подпрограмма будет вызвана.

Вызов подпрограммы выполняется с помощью команды вызова, включающей в себя имя подпрограммы. В большинстве современных языков программирования команда вызова представляет собой просто имя вызываемой подпрограммы, за которым могут следовать фактические параметры.

В следующем примере на языке Паскаль подпрограмма subprog вызывается из основной программы трижды:

program SubProgExample;

// Описание подпрограммы subprog

procedure subprog; // Заголовок, включающий имя подпрограммы

begin // начало тела подпрограммы

WriteLn ('Bye');

end; // конец тела подпрограммы

begin

WriteLn ('Hello');

subprog; // 1-й вызов

subprog; // 2-й вызов

subprog; // 3-й вызов

end.

Результатом выполнения такой программы станет вывод строки «Hello» и трёх строк «Bye».

Для сохранения и восстановления контекста выполнения вызывающей процедуры, с целью исключения побочных эффектов, связанных с возможным нежелательным изменением используемых машинных регистров, компилятор формирует для каждой процедуры специальные последовательности команд, называемые прологом и эпилогом процедуры.

Некоторые языки программирования (например, Паскаль, Ада, Модула-2) допускают описание вложенных подпрограмм, то есть помещение подпрограмм внутрь других подпрограмм. Такие вложенные подпрограммы могут использоваться только в той подпрограмме, в которой они описаны. В иных случаях (например, в языке Си) вложение подпрограмм не допускается. Никаких принципиальных преимуществ вложение подпрограмм не даёт, но может быть удобно для более логичной структуризации программы (если какая-то подпрограмма используется только в некоторой другой подпрограмме, логично поместить первую во вторую).

3. Параметры подпрограмм. Назначение параметров

Подпрограммы часто используются для многократного выполнения стереотипных действий над различными данными. Подпрограмма обычно имеет доступ к объектам данных, описанным в основной программе (по крайней мере, к некоторым из них), поэтому для того, чтобы передать в подпрограмму обрабатываемые данные, их достаточно присвоить, например, глобальным переменным. Но такой путь не особенно удобен и чреват ошибками.

Для обеспечения контролируемой передачи параметров в подпрограмму и возврата результатов из неё используется механизм параметров. Параметры описываются при описании подпрограммы (в её заголовке) и могут использоваться внутри процедуры аналогично переменным, описанным в ней. При вызове процедуры значения каждого из параметров указываются в команде вызова (обычно после имени вызываемой подпрограммы).

program SubProgExample2;

// Описание подпрограммы subprog

procedure subprog (Line: String); // Заголовок, включающий имя подпрограммы

begin // начало тела подпрограммы

WriteLn (Line);

end; // конец тела подпрограммы

begin

WriteLn ('Hello');

subprog ('Good bye,'); // 1-й вызов

subprog ('my love,'); // 2-й вызов

subprog ('good bye!'); // 3-й вызов

end.

В приведённом примере параметр Line подпрограммы subprog в каждом вызове получает различное значение, благодаря чему выводятся не одинаковые строки, а разные.

Формальные и фактические параметры Чтобы отличать параметры подпрограммы, описанные в её заголовке и теле, от параметров, указываемых при вызове подпрограммы, используются формальные и фактические параметры. Так, в последнем примере параметр Line в заголовке и теле подпрограммы subprog — это формальный параметр, а строка 'Good bye', использованная в первом вызове этой подпрограммы — фактический параметр. При вызове подпрограммы фактические параметры, указанные в команде вызова, становятся значениями соответствующих формальных параметров, чем и обеспечивается передача данных в подпрограмму.

Виды параметров в Паскале Различают четыре вида параметров: — параметрызначения; - параметрыпеременные; - параметрыпроцедуры; - параметрыфункции.

Параметрызначения — используются для передачи исходных данных в подпрограмму. Формальные параметры при этом записываются через запятую с указанием их типов. Они получают значения фактических параметров, но не могут передавать свои значения фактическим параметрам.

Параметрыпеременные — играют роль как входных, так и выходных (возвращаемых) параметров процедуры. В списке формальных параметров они перечисляются после слова Var с указанием их типов.

Параметрыпроцедуры — указываются после слова Procedure.

Параметрыфункции —. указываются после слова Function.

Способ передачи параметров в подпрограмму Существует несколько способов передачи параметров в подпрограмму.

· Передача параметров по значению. Формальному параметру присваивается значение фактического параметра. В этом случае формальный параметр будет содержать копию значения, имеющегося в фактическом, и никакое воздействие, производимое внутри подпрограммы на формальные параметры, не отражается на параметрах фактических. Так, если в качестве фактического параметра будет использована переменная, и внутри подпрограммы значение соответствующего формального параметра будет изменено, то фактический параметр останется без изменений.

int func1(int x)

{ x=x+1; return x;}

· Передача параметров по ссылке. В формальный параметр может быть помещён сам фактический параметр (обычно это реализуется путём помещения в формальный параметр ссылки на фактический). При этом любое изменение формального параметра в подпрограмме отразится на фактическом параметре — оба параметра во время вызова подпрограммы суть одно и то же. Параметры, передаваемые по ссылке, дают возможность не только передавать параметры внутрь подпрограммы, но и возвращать вычисленные значения в точку вызова. Для этого параметру внутри подпрограммы просто присваивается нужное значение, и после возврата из подпрограммы переменная, использованная в качестве фактического параметра, получает это значение.

void func2(int &x)

{ x=x+1;}

· Передача параметров по имени. В формальный параметр может быть помещено произвольное выражение. При этом вычисление этого выражения произойдёт внутри подпрограммы в тот момент, когда потребуется его значение. Если это значение фигурирует несколько раз, то и вычисляться оно будет тоже несколько раз. Параметры, передаваемые по имени, дают возможность писать довольно универсальные подпрограммы. Такой способ передачи параметров используется, к примеру в языках Алгол или Алгол 68.

· Передача параметров через стек. Это фактически разновидность передачи параметра по значению «с ручным приводом», в данном случае отсутствует понятие формальных и фактических параметров. Все параметры лежат на стеке, причём их типы, количество и порядок не контролируются компилятором. Данный подход реализован в языке Форт.

Язык программирования может предоставлять возможность передавать параметры в подпрограммы либо только по значению, либо по значению и по ссылке, либо по имени и значению. В последних двух случаях для различения способов передачи параметра используются отдельные синтаксическая конструкции (в Паскале это ключевое слово var при описании параметра). В действительности, если язык содержит понятие ссылки (указателя), то можно обойтись и без передачи параметра по ссылке (её всегда можно смоделировать, описав параметр типа «ссылка»), но эта возможность удобна, так как позволяет работать с формальным параметром-ссылкой без разыменования, а также повышает надёжность и безопасность программы.

Виды подпрограмм В языках программирования высокого уровня используется два типа подпрограмм: процедуры и функции.

· Функция — это подпрограмма специального вида, которая, кроме получения параметров, выполнения действий и передачи результатов работы через параметры имеет ещё одну возможность — она может возвращать результат. Вызов функции является, с точки зрения языка программирования, выражением, он может использоваться в других выражениях или в качестве правой части присваивания. Подробнее см. в статье Функция (программирование).

· Процедура — это независимая именованная часть программы, которую после однократного описания можно многократно вызвать по имени из последующих частей программы для выполнения определенных действий.

4. Процедуры в Паскале Структура процедуры аналогична структуре программы и состоит из заголовка и блока (тела процедуры).

PROCEDURE <�имя>(<�сп. форм. пар.>); <�блок> где PROCEDURE — зарезервированное слово процедура; <�имя> - имя процедуры, является уникальным, выбирается по общим правилам, желательно чтобы оно отражало смысл процедуры; <�сп. форм. пар.> - список формальных параметров т. е. список имен обозначающих исходные данные и результат работы процедуры с указанием их типов; <�блок> - тело процедуры представляющее разделы описаний и раздел операторов, представляющий составной оператор (совокупность операторов, заключенных в операторные скобки BEGIN END). Разделы описаний процедуры содержат те же разделы что и основная программа, в том числе описания подпрограмм низшего уровня (вложенных).

Глобальные объекты — это объекты, описанные в разделах описаний основной программе. Областью их действия является программа и все, содержащиеся в ней подпрограммы.

Локальные объекты — это объекты, описанные в разделах описаний подпрограммы. Областью их действия является подпрограмма и все содержащиеся в ней подпрограммы низшего уровня.

Локальные описания отменяют глобальные. Оператор вызова процедуры активизирует процедуру. Он имеет вид: <�имя>(<�сп. факт. пар.>); где: <�имя> - имя процедуры; <�сп. факт. пар.> - список фактических параметров. Это список конкретных значений, имен и выражений подставляемых вместо формальных параметров и передаваемых в подпрограмму, а так же возвращаемые результаты обработки. Список фактических параметров может отсутствовать. Между формальными и фактическими параметрами существует взаимно — однозначное соответствие по количеству, порядку следования и типу.

Функции в Паскале Структура описания и механизм использования функции аналогичен процедуре с учетом некоторых особенностей. Описание состоит из заголовка и блока (тела функции).

FUNCTION <�имя>(<�сп. форм. пар.>):<�тип>; <�блок>; где: FUNCTION — зарезервированное слово функция; <�имя> - имя функции, является уникальным, выбирается по общим правилам, желательно чтобы оно отражало смысл функции; <�сп. форм. пар.> - список формальных параметров т. е. список имен обозначающих исходные данные функции с указанием их типов; <�тип> - тип результата возвращаемого функцией и присваиваемого имени функции; <�блок> - тело процедуры представляющее разделы описаний и раздел операторов, представляющий составной оператор (совокупность операторов, заключенных в операторные скобки BEGIN END).

Разделы описаний функции содержат те же разделы что и основная программа, в том числе описания подпрограмм низшего уровня (вложенных). В содержательной части функции ее имени должен быть присвоен результат работы функции. Вызов функции представляет собой операнд (указатель функции) в отличии от процедуры обращение к которой представляет оператор. Он имеет вид: <�имя>(<�сп. факт. пар.>); где: <�имя> - имя функции (указатель); <�сп. факт. пар.> - список фактических параметров. Это список конкретных значений, имен и выражений подставляемых вместо формальных параметров и передаваемых в функцию.

Отличие процедуры от функции

1. Функция в отличие от процедуры возвращает единственное скалярное значение

2. Результат вычисления функции присваивается имени, а процедуре входит в список параметров.

3. Имя функции имеет тип.

4. Обращение к функции представляет операнд, а процедуры оператор.

1. Подпрограмма — Википедия [Электронный ресурс] - Электр. Дан. — Режим доступа: ru.wikipedia.org/wiki/Подпрограмма

2. Процедуры и функции в Паскале [Электронный ресурс] - Электр. Дан. — Режим доступа: http://life-prog.ru/view_algoritmleng.php?id=103