Лекция 5. Подпрограммы: процедуры и функции.

Посмотрите начальные сведения о функциях
В этой лекции мы рассмотрим создание и применение пользовательских подпрограмм: функций и процедур. Подпрограммы разрабатываются, чтобы не писать многократно один и тот же текст, когда в программе встречаются повторяющиеся действия. Кроме того, использование подпрограмм повышает наглядность текста программ (если имена подпрограмм легко понять).

Структура подпрограмм

Подпрограммы могут быть описаны в любом месте программы, но до тела главной программы. Формат (структура) процедур:

         procedure  <имя процедуры> (<параметры>);
         label <метки>;
         const <объявление констант>;
         type  <определения типов данных>;
         var <объявления переменных>;
         < Объявления подпрограмм >
         begin
            <тело процедуры - операторы>
         end;

Функции имеют такой же формат, как и процедуры, только они начинаются с заголовка function и заканчиваются типом данных возвращаемого значения:

function имя функции (параметры): тип данных;

Мы видим, что структура подпрограмм практически повторяет структуру главной программы. Имеются только два различия между главной программой и подпрограммами:

- процедуры и функции имеют заголовок procedure или function, соответственно, а не program;

- процедуры и функции заканчиваются точкой с запятой (;), а не точкой (.).

Процедуры и функции могут иметь описания своих констант, типов данных, переменных и свои процедуры и функции. Но все эти элементы могут быть использованы только в тех процедурах и функциях, где они объявлены. То есть нужно различать ЛОКАЛЬНЫЕ идентификаторы и ГЛОБАЛЬНЫЕ. Локальные идентификаторы описаны в подпрограмме и их можно использовать только в теле этой подпрограммы. Глобальные идентификаторы - это идентификатороы, описанные в главной программе. Они действительны и в теле главной программы и в телах подпрограмм (конечно, только если описание подпрограммы расположено ПОСЛЕ описания этого глобального идентификатора). Глобальные метки нельзя ставить в подпрограммах.

В теле подпрограммы НЕ рекомендуется использовать глобальные идентификаторы, а пользоваться только локальными и параметрами. Тогда подпрограмму несложно использовать и в других программах, так как обмен данными с главной программой происходит только через параметры, а они "все на виду".

ПАРАМЕТРЫ подпрограмм

При описании подпрограммы параметры записываются в круглых скобках после идентификатора подпрограммы. Пусть мы сочиняем функцию для вычисления гипотенузы треугольника. Длина гипотенузы зависит от длины катетов. Поэтому заголовок функции можно записать так:
function Hyp(a,b: real):real;
Здесь real - тип параметров (длина катета - вещественное число). Заголовок функции должен завершаться указанием типа результата функции. Эта функция возвращает длину гипотенузы, то есть вещественное число, например, типа real.

Чтобы вычислить гипотенузу конкретного треугольника в главной программе функцию Hyp нужно ВЫЗВАТЬ, записав ее имя в каком-либо выражении. Например:
writeln('Гипотенуза треуг. с катетами 3 и 4 равна ', Hyp(3,4):0:2);
Видим, что место параметров a,b занимают 3 и 4 - называемые ФАКТИЧЕСКИМИ параметрами. То есть: при вызове подпрограмм места ФОРМАЛЬНЫХ параметров занимают фактические параметры (соответствие определяется по порядку). А формальные параметры используются при записи тела подпрограммы. Закончим описание функции Hyp:

function Hyp(a,b: real):real;
begin Hyp := sqrt(sqr(a)+sqr(b));
end;

Видим, что формальные параметры используются в теле функции. Заодно отметим особенность функции: необходимо, чтобы в ее теле присутствовало присваивание имени функции какого-то значения.

Параметры в этом примере - ПАРАМЕТРЫ-ЗНАЧЕНИЯ. Это означает, что:

Фактическим параметром является выражение (в частности - константы, переменные)
Фактический параметр защищен от изменений: даже если изменяется величина соответствующего формального параметра, а фактическим параметром служит переменная.

В отличие от параметров-значений ПАРАМЕТРЫ-ПЕРЕМЕННЫЕ описываются начиная с var. Например, заголовок процедуры, вычисляющей гипотенузу, может выглядеть так:
procedure hypot(a,b: real; var c: real);

Здесь 3-й параметр - "c" является параметром-переменной. Только такие параметры можно применять для передачи результатов из подпрограммы в главную программу (второй вариант - через имя функции, но это пример процедуры). При этом тип фактического параметра должен совпадать с типом формального параметра.

Завершим описание этой процедуры:

procedure hypot(a,b: real; var c: real);
begin
  c := sqrt(sqr(a)+sqr(b));
end;

Как видим, различие с функцией в том, что результат - вычисленная длина гипотенузы присваивается параметру-переменной. Посмотрим, как использовать этот результат в главной программе:

. . .
var dli: real;
begin . . .
hypot(4-1,2+3,dli); 
writeln('Гипотенуза треуг. с катетами 3 и 4 равна ', dli(3,4):0:2);
. . .

В завершение отметим, что существуют параметры-константы, параметры процедурного типа, нетипизированные параметры, параметры-динамические массивы и строки. Тип фактического параметра должен соответствовать типу формального параметра.

Исполнение подпрограмм

Подпрограмма может вызываться из главной программы или из другой подпрограммы. При этом происходит следующее:

Формальные параметры заменяются фактическими. То есть параметру-значению передается значение формального параметра (выражения). Параметр-переменная заменяется формальным параметром (передается адрес фактического параметра)
Выполняются действия, записанные в виде операторов тела подпрограммы - над формальными параметрами.
После завершения работы операторов тела подпрограммы в главной программе доступны значение фунции и значения формальных параметров - переменных.

При описании подпрограмм могут использоваться ДИРЕКТИВЫ. Из них отметим:

EXTERNAL. Эта директива указывает, что тело подпрограммы представлено в виде объектного кода (файл с расширением obj).
INTERRUPT. Используется для процедур, обрабатывающих прерывания.

Варианты учебных заданий по этой теме можно найти в справочнике-задачнике ( Щелкните кнопку "Задания" и выберите Турбо Паскаль, Задание 4.

Простой пример программы можно увидеть здесь.

Подробнее о подпрограммах можно прочесть в Руководстве программиста, гл.8 "Процедуры и функции" (справочник-задачник).

Рекурсивные процедуры и фунции.

Рекурсивными называют подпрограммы, в теле которых есть вызов этой же подпрограммы (прямая рекурсия). Косвенная рекурсия возникает, если подпрограмма вызывает себя через цепочку вызовов других подпрограмм.Рекурсивные алгоритмы и рекурсивные данные рассмотрены в учебнике [1].

В ТПас7 и Делфи можно использовать рекурсивные подпрограммы. Использование рекурсии (там, где это возможно по условиям задачи) облегчает программирование и сокращает текст проргаммы. Однако при каждом рекурсивном вызове расходуется память (подпрограммы размещаются в стеке). Поэтому нужно не допускать переполнения стека. Объем памяти стека регулируется в настройках компилятора.
Пример программы: вычисление факториала ( рекурсия ).