1. Что такое подпрограмма?
Подпрограмма – это записанный отдельно и поименованный алгоритм, решающий определённую задачу, которому можно передавать данные для обработки. Подпрограмма или процедура – это одно из фундаментальных средств структурного программирования. Недаром подобные Паскалю языки программирования называются процедурными.
2. Какова суть подпрограммы?
По сути, подпрограмма есть средство абстракции, позволяющее именовать последовательность действий и при необходимости выполнения этой последовательности обращаться к ней по имени.
3. Какова форма подпрограммы?
По форме подпрограмма есть обобщённый алгоритм, записанный по специальным правилам и не выполняющийся самостоятельно. Подпрограмма может быть вызвана для обработки различных данных, хотя алгоритм обработки один и тот же. Именно в этом смысле этот алгоритм и является обобщённым. Кроме того, алгоритм не является самостоятельным – подпрограмма должна быть вызвана извне.
4. Какими преимуществами обладает подпрограмма?
5. Что такое процедура?
Процедура – это подпрограмма, которая выполняет некоторые действия, но не возвращает никакого значения.
6. Как объявляется процедура?
При объявлении процедуры необходимо задать имя процедуры и список формальных параметров, которые она будет получать. Эта часть объявления обычно называется заголовком процедуры. После заголовка следует блок, который выполняется при вызове процедуры. Эта часть объявления обычно называется телом процедуры.
7. Как выглядит заголовок процедуры?
8. Как выглядит вызов процедуры?
9. Что происходит при вызове процедуры?
При вызове процедуры управление передаётся из точки вызова в процедуру, при этом ей передаются указанные фактические параметры. Затем выполняется тело процедуры. По завершении выполнения процедуры управление передаётся обратно в точку вызова. Это означает, что после завершения работы процедуры выполняется оператор, следующий за вызовом процедуры.
10. Как передаются данные в процедуру и из процедуры?
Входные и выходные данные процедуры передаются через параметры. Количество параметров не ограничено, соответственно, процедура может иметь любое количество входных и любое количество выходных параметров. Входные параметры обычно передаются как параметры-значения. Однако использование параметров-констант позволяет компилятору оптимизировать код при передаче данных структурных типов, к которым, в частности, относятся массивы. Поэтому для входных массивов имеет смысл использовать параметры-константы. Выходные параметры передаются через параметры-переменные или выходные параметры.
11. Что такое формальные параметры?
Параметры, записанные в заголовке процедуры, называются формальными. Список формальных параметров – это список неких условных переменных. Он описывает данные, которые должны быть переданы в процедуру, в общем виде.
Список формальных параметров определяется количество, порядок и типы параметров, которые должны быть переданы в процедуру при вызове. Список формальных параметров представляет собой последовательность объявлений, разделённых точкой с запятой, заключённую в круглые скобки. Каждое объявление – это разделяемый запятыми список имён параметров, после которого следует двоеточие и тип. Кроме того, каждому объявлению может предшествовать одно из ключевых слов var, const или out.
12. Что такое фактические параметры?
Параметры, записанные в вызове процедуры, называются фактическими.
Список фактических параметров – это список вполне конкретных значений, которые реально передаются в процедуру и которые она обрабатывает. Формальные параметры – это, в общем-то, абстракция. Фактические параметры должны реально существовать, т.е. это должна быть объявленная и обычно проинициализированная переменная, константа или выражение.
Список фактических параметров представляет собой список выражений, разделённых запятыми. Значения этих выражений подставляются вместо формальных параметров последовательно, т.е. значение первого фактического параметра – вместо первого формального параметра, значение второго фактического параметра – вместо второго формального параметра и т.д.
13. Какая связь между формальными и фактическими параметрами?
Имена формальных и фактических параметров совпадать не должны.
14. Что такое параметры-константы?
Параметр-константа – это формальный параметр, объявленный с ключевым словом const. Тип соответствующего фактического параметра должен быть совместимым, в качестве фактического параметра может быть использовано выражение.
Параметр-константа ведёт себя как локальная константа. Параметры-константы сходны с параметрами-значениями, но в теле процедуры нельзя изменить параметр-константу и нельзя передать её в другую процедуру в качестве параметра-переменной.
Параметры-константы структурных и строковых типов используются для оптимизации компилятором кода для передачи этих параметров, т.е. они могут передаваться и по ссылке – это решает компилятор. Параметры-константы базовых типов на эффективность передачи не влияют, они лишь говорят о характере использования такого параметра.
15. Что такое параметры-значения?
Параметр-значение – это формальный параметр, объявленный без использования ключевых слов. Тип соответствующего фактического параметра должен быть совместимым, в качестве фактического параметра может быть использовано выражение.
Параметр-значение ведёт себя как локальная переменная, которая инициализируется значением, передаваемым при вызове процедуры. Если в качестве параметра-значения передаётся переменная, то компилятор создаёт её копию, и процедура работает именно с копией. Изменения копии никак не влияют на исходную переменную. Если в качестве параметра-значения передаётся выражение, которому вообще не может быть присвоено новое значение, компилятор записывает его значение в специально выделенную область памяти, и процедура работает с этой областью памяти. После завершения работы процедуры копия переменной или выделенная область памяти освобождаются.
16. Что такое параметры-переменные?
Параметр-переменная – это формальный параметр, объявленный с ключевым словом var. Тип соответствующего фактического параметра должен быть идентичным, в качестве фактического параметра может быть использована только переменная.
Параметр-переменная ведёт себя как указатель на переменную, являющуюся фактическим параметром. Все действия, производимые процедурой, производятся именной над переменной, являющейся фактическим параметром. Соответственно процедура может изменить значение этой переменной.
17. Что такое выходные параметры?
Выходной параметр – это формальный параметр, объявленный с ключевым словом out. Тип соответствующего фактического параметра должен быть идентичным, в качестве фактического параметра может быть использована только переменная.
Выходные параметры, как и параметры-переменные, передаются в процедуру по ссылке. Отличие состоит в том, что выходные параметры рассматриваются именно как выходные, и значение переменной, являющейся фактическим параметром, игнорируется.
18. Примеры совместимых типов
| Формальный параметр | Фактический параметр |
|---|---|
| real | single |
| real | integer |
| double | word |
| integer | byte |
| integer | -100..100 |
| byte | 0..20 |
| byte | shortint (но! отрицательные числа преобразуются в числа от 128 до 255) |
19. Примеры выражений
| Выражение | Описание |
|---|---|
| x | Переменная |
| 15 | Целая константа |
| exp(x) | Вызов функции |
| (a + b) * c | Арифметическое выражение |
| not f | Логическое выражение |
| a[i] | Индексное выражение |
20. Примеры использования процедур
Обратите внимание, что в данном примере для передачи массива в процедуру не использовался параметр-константа, т.к. мы меняем массив, переставляя его элементы, чтобы «отложить» уже найденный максимум. Однако, поскольку используется параметр-значение, эти изменения не будут переданы из процедуры.
Функции и процедуры. Рекурсия
Теоретический материал (Паскаль)
Понятие подпрограммы. Процедуры и функции. Стандартные подпрограммы
Подпрограммы решают три важные задачи:
Очень важно понимать, что в подпрограмму может выделяться любой законченный фрагмент программы. В качестве ориентиров просмотрите следующие рекомендации:
Подпрограммы могут быть стандартными, т.е. определенными системой, и собственными, т.е. определенными программистом.
Из набора стандартных процедур и функций по обработке одного типа информации составляются модули. Каждый модуль имеет своё имя (мы уже хорошо знакомы с модулями Crt, Graph). Доступ к процедурам и функциям модуля осуществляется при подключении этого модуля (Uses Crt, Graph).
Задание. Вызовите помощь по функции Cos и рассмотрите предоставленную информацию.
Сначала идет краткое описание подпрограммы (в одну фразу). Далее под словом Declaration (Объявление) следует интерфейсная часть процедуры или функции, которая необходима для определения типов фактических параметров. Далее под словом Target приводятся платформы, на которых может использоваться подпрограмма: Windows, real (реальный режим DOS), protected (защищенный режим DOS). После слова Remarks следуют заметки, содержащие необходимые детали использования. В разделе See Also приведены имена подпрограмм, связанных с данной по смыслу или по совместному применению. Если перемещать курсор по этим именам (они выделяются подсветкой), то, выбрав одно из них (нажав клавишу ), можно получить справку по следующей подпрограмме. Каждая процедура и функция сопровождается примером применения, переключение к которому дает последняя строка справочной информации. Любой текст из Help может быть скопирован в редактируемый файл обычными приемами копирования через буфер. Копирование примеров или заголовков функций может значительно облегчить работу.
Существует другой способ получения сведений о процедурах и функциях. Для этого нужно использовать пункт меню Help/Reserved words (зарезервированные слова) или Help/Standard units (стандартные модули).
Задание. Рассмотрите список процедур и функций, выберите какие-либо из них и ознакомьтесь со справочной информацией.
В стандартных модулях содержится большое количество подпрограмм, но невозможно создать модуль, который бы содержал все нужные программисту подпрограммы. Поэтому большую роль играют собственные подпрограммы, которые создает программист для решения конкретной задачи.
Существует два способа объединения программ и подпрограмм пользователя:
Первый способ применяется тогда, когда программа в целом не очень большая, а ее подпрограммы, скорее всего, не будут использоваться в других программах.
Структура текста подпрограммы соответствует структуре текста основной программы за двумя исключениями:
Вызов подпрограммы происходит при каждом употреблении ее имени в основной (или вызывающей) программе. При вызове подпрограммы выполнение основной программы приостанавливается, и управление передается в подпрограмму, где выполняются команды, заданные в ней. Подпрограмма завершается, если выполнены все ее операторы до завершающего слова End или по специальной команде выхода из подпрограммы Exit. По окончании работы подпрограммы управление возвращается основной программе, а именно, первой команде, следующей за обращением к этой подпрограмме.
Например, вызов функции
вернет в основную программу значение наименьшего из двух чисел и это значение будет присвоено переменной M.
Все переменные, которые использует подпрограмма, могут быть либо глобальными, либо локальными.
Определение. Глобальными называются переменные, объявленные в основной программе и доступные как программе, так и всем ее подпрограммам.
Определение. Локальными называются переменные, объявленные внутри подпрограммы и доступные только ей самой.
Обмен информацией между основной программой и подпрограммой может осуществляться только с помощью глобальных переменных и с помощью параметров подпрограммы.
Подпрограмма может использовать любые глобальные переменные кроме тех, которые имеют те же имена, что и ее локальные переменные. Если в подпрограмме описана локальная переменная, имя которой совпадает с именем некоторой глобальной переменной, то данная глобальная переменная становится недоступной в этой подпрограмме, и при указании идентификатора переменной произойдет обращение к локальной переменой подпрограммы, а не одноименной глобальной переменной. Память для локальных (т.е. описанных в подпрограмме) переменных выделяется на время исполнения данной подпрограммы в специальной области, называемой стеком. При завершении работы подпрограммы память освобождается, поэтому все внутренние результаты работы подпрограммы не сохраняются от одного обращения к другому.
Если говорить о плюсах использования подпрограмм, то можно назвать следующие:
В языке Паскаль выделяют два вида подпрограмм: процедуры (Procedure) и функции (Function). Любая программа может содержать несколько процедур и функций. Структура любой подпрограммы аналогична структуре всей программы.
Подпрограмма должна быть описана до того, как будет использована в программе или другой подпрограмме.
Процедуры и функции объявляются в разделе описания вслед за разделом переменных.
Общая структура программы выглядит так:
Выполнение программы начинается с операторов основной программы. При необходимости вызывается подпрограмма, и начинают действовать её операторы. Затем управление возвращается в основную программу, которая и продолжает выполняться.
Подпрограмма вызывается по своему имени с указанием необходимых параметров.
На этом занятии рассмотрим примеры организации наиболее простого вызова подпрограмм.
Задание. Рассмотрите решение предложенных задач, наберите программы на компьютере, проверьте их работоспособность, внесите свои изменения и дополните своими комментариями.
Задача 1. Написать программу, состоящую из трех подпрограмм и основной программы. Подпрограммы должны организовывать ввод чисел, вычисление их суммы и вывод результата.
Задача 2. Найти среднее арифметическое двух чисел.
Формальные и фактические параметры
Рассмотрим более подробно вопросы взаимодействия формальных и фактических параметров.
Определения формальных и фактических параметров являются исключительно важными для понимания механизма их взаимодействия в подпрограммах. Поэтому на этом вопросе следует остановиться подробнее.
Формальные параметры подпрограммы указывают, с какими параметрами следует обращаться к этой подпрограмме (количество параметров, их последовательность, типы). Они задаются в заголовке подпрограммы в виде списка формальных параметров, разбитого на группы, разделенные точками с запятыми. В группу формальных параметров включаются однотипные параметры одной категории.
Все формальные параметры можно разбить на четыре категории:
— параметры-значения (эти параметры подпрограмма может изменить в основной подпрограмме);
— параметры-переменные (эти параметры подпрограмма может изменить в основной программе);
— параметры-константы (только в версии 7.0);
— параметры-процедуры и параметры-функции (т.е. процедурного типа).
Для каждого формального параметра следует указать имя и, как правило, тип, а в случае параметра-переменной или параметра-константы — категорию. Имена параметров могут быть любыми, в том числе и совпадать с именами объектов программы. Необходимо лишь помнить, что в этом случае параметр основной программы с таким именем становится недоступным для непосредственного использования подпрограммой. Тип формального параметра может быть практически любым, однако в заголовке подпрограммы нельзя вводить новый тип.
Например, нельзя писать
Function SUMM (A: array[1..100] of Real): Real;
Чтобы правильно записать этот заголовок, следует в основной программе ввести тип-массив, а затем использовать его в заголовке:
Type aArr = array[1..100] of real;
Function SUMM (A: aArr): Real;
При обращении к подпрограмме формальные параметры заменяются на соответствующие фактическиевызывающей программы или подпрограммы.
Параметры-значения передаются основной программой в подпрограмму через стек (специальный канал передачи данных) в виде их копий и, следовательно, собственный параметр программы подпрограммой измениться не может.
Параметр-значение указывается в заголовке подпрограммы своим именем и через двоеточие — типом. Тип параметра-значения может быть любым, за исключением файлового.
Если параметров-значений одного типа несколько, их можно объединить в одну группу, перечислив их имена через запятую, а затем уже указать общий тип. Как было отмечено выше, отдельные группы параметров отделяются друг от друга точкой с запятой.
Procedure MIN_MAX(Max,Min: Real; n: Word);
Function Tabulir(X,Y: Integer): Real;
В качестве фактического параметра на месте параметра-значения при вызове подпрограммы может выступать любое выражение совместимого для присваивания типа, не содержащее файловую компоненту, например:
Пример 2.6.Использовать функцию для вычисления максимального элемента в массиве.
Определим в основной программе тип-массив.
aArr = Array[1..] of Integer;
Var Massiv: aArr; Maxim: Integer;
Функция в этом случае может иметь следующий вид.
Function Max(Mas: aArr; N: Byte): Integer;
Var Ma : Integer; i : Byte;
If MaMas[i] then Ma := Mas[i];
Пусть надо определить максимальное число из первых 35 чисел массива. Это можно сделать с помощью оператора, использующего обращение к функции: Maxim := Max(Massiv,35);
Примечание. Данная программа может работать только с массивами типа аАrr. Для массивов другого типа надо создавать другую аналогичную подпрограмму. Данная программа создает в стеке копию исходного массива, поэтому она работает медленно.
Параметр-переменная указывается в заголовке подпрограммы аналогично параметру-значению, но только перед именем параметра записывается зарезервированное слово VAR. Действие слова VAR распространяется до ближайшей точки с запятой, т.е. в пределах одной группы.
Пример 2.8. Procedure MaxMin(A: аАrr; Var Max, Min: Real; N: Word);
Здесь Max, Min- параметры-переменные, а переменные А и N — параметры-значения.
Тип параметров-переменных может быть любым, включая и файловый. При вызове подпрограммы на месте параметра-переменной в качестве фактического параметра должна использоваться переменная идентичного типа. Так, если формальный параметр имеет тип, определенный следующим образом:
Type аАrr = array [1.. 100] of Integer;
то и фактический параметр должен быть переменной или типизированной константой типа аАrr.
Использовать функцию для вычисления максимального элемента в массиве.
В основной программе определяется тип-массив.
Type аАrr = Array [1.. 50] of Integer;
Var Massiv: аАrr; Maxim: Integer;
Функция в этом случае может иметь вид:
Function Max(Var Mas: аАгг; N: Byte): Integer;
Var Ma : Integer; i : Byte;
If MaMas[i] then Ma := Mas[i];
Пусть надо определить максимальное число из первых 35 чисел массива Это можно сделать с помощью оператора:
Примечание. Эта программа лучше предыдущей тем, что в данном случае в стеке не создается копия исходного массива, что улучшает быстродействие и экономит память. Однако при такой передаче параметра возможно его нежелательное изменение (этот вариант передачи параметра допустим только в таких небольших подпрограммах, как в данном случае, когда программист может проконтролировать несанкционированное изменение параметра). Недостатком этой программы, как и ранее описанной, является то, что она может работать только с одним типом массива.
Часто в качестве параметра в подпрограмму следует передать ту или иную переменную, но изменять ее подпрограмма не должна. В этом случае нежелательно передавать этот параметр как параметр-переменную. Можно его передать как параметр-значение, однако если эта переменная имеет больший размер (массив, запись и т.д.), то копия этого параметра займет большую часть стека и даже может его переполнить. Это приводит также к уменьшению быстродействия программы. В этой ситуации параметр лучше передать как параметр-константу. Такой параметр, если он структурированного типа, передается своим адресом, но предусматривается защита от его изменения. Использовать параметр-константу можно только в версии Турбо Паскаля 7.0.
Параметр-константа указывается в заголовке подпрограммы аналогично параметру-значению, но перед именем параметра записывается зарезервированное слово Const. Действие слова Const распространяется до ближайшей точки с запятой, т.е. в пределах одной группы.
Пример 2.10.Function NewString(Const S: String): String;
Тип параметра-значения может быть любым, за исключением файлового. При вызове подпрограммы на месте параметра-переменной в качестве фактического параметра можно использовать любое выражение совместимого для присваивания типа, не содержащего файловую компоненту.
Параметр-константу нельзя передавать в другую подпрограмму в качестве фактического параметра.
Функция вычисления максимального элемента в массиве, и в качестве первого параметра – параметр-константа.
Function Max(Const Mas: аАrr; N: Byte): Integer;
Var Ma : Integer; i : Byte;
If MaMas[i] then Ma := Mas[i];
Параметры без типа
В Турбо Паскале можно использовать параметры-переменные и параметры-константы без указания типа. В этом случае фактический параметр может быть переменной любого типа,а ответственность за правильное использование того или иного параметра возлагается на программиста.
Пример 2.12.Function Tqual(Var Param1, Param2; Len: Word):Boolean;
Здесь Param1, Param2 — параметры-переменные без типа (вместо них можно использовать, например, любые переменные простого типа, типа-массив, типа-запись и т.д.); Len — параметр-значение.
Следует иметь в виду, что параметр “без типа” внутри подпрограммы типа не имеет и его перед использованием следует преобразовать к конкретному типу, применяя идентификатор соответствующего типа так, как ранее указывалось, при этом полученный результат может быть любого размера.
Пример 2.13.Функция вычисления максимального элемента в массиве. При этом в качестве первого параметра используется параметр-переменная без типа:
Function Max(Var Masr; N: Byte): Integer;
Type aArray = array[Maxint] of Integer;
Var Ма : Integer; i : Byte;
Begin Ма := aArray(Mas)[1];
If МаaArray(Mas)[i] then Ма := aArray(Mas)[i];
В этом случае в качестве первого передаваемого параметра можно использовать любой массив (и не только массив), так что подпрограмма становится более универсальной. Тем не менее здесь необходимо передавать в качестве второго параметра фактический размер информации, что не очень удобно.
Статьи к прочтению:
Ээ в этом случае наши полномочия все окончены
Похожие статьи:
Лабораторная работа №3 Использование подпрограмм в системе MATLAB Цель работы: Знакомство с организацией функций в MATLAB, особенностями их работы….
Существует несколько способов передачи параметров в подпрограмму. § Передача параметров по значению. Формальному параметру присваивается значение…
Подпрограммы
В практике программирования часто складываются ситуации, когда одну и ту же группу операторов, реализующих определённую цель, требуется повторить без изменений в нескольких местах программы. Для избавления от столь нерациональной траты времени была предложена концепция подпрограммы.
4.1 Общие сведения о подпрограммах. Локальные и глобальные переменные
Для правильного определения области действия идентификаторов (переменных) необходимо придерживаться следующих правил:
4.2 Формальные и фактические параметры. Передача параметров в подпрограмму
Обмен информацией между вызываемой и вызывающей функциями осуществляется с помощью механизма передачи параметров. Переменные, указанные в списке в заголовке функции, называются формальными параметрами, или просто параметрами подпрограммы. Все переменные из этого списка могут использоваться внутри подпрограммы. Список переменных в операторе вызова подпрограммы — это фактические параметры, или аргументы.
Механизм передачи параметров обеспечивает обмен данных между формальными и фактическими параметрами, что позволяет выполнять подпрограмму с различными данными. Между фактическими параметрами в операторе вызова и формальными параметрами в заголовке подпрограммы устанавливается взаимно однозначное соответствие. Количество, типы и порядок следования формальных и фактических параметров должны совпадать.
Формальные параметры процедуры можно разделить на два класса: параметры-значения и параметры-переменные.
При передаче данных через параметры-значения в подпрограмму передаются значения фактических параметров, и доступа к самим фактическим параметрам из подпрограммы нет. При передаче данных параметры-переменные заменяют 1 Реально в подпрограмму передаются адреса фактических параметров. формальные параметры, и, следовательно, в подпрограмме есть доступ к значениям фактических параметров. Любое изменение параметров-переменных в подпрограмме приводит к изменению соответствующих им формальных параметров. Следовательно, входные данные следует передавать через параметры-значения, для передачи изменяемых в результате работы подпрограммы данных следует использовать параметры-переменные.
От общетеоретических положений перейдём к практическому использованию подпрограмм при решении задач. Изучение подпрограмм начнем с процедур.
4.3 Процедуры
Описание процедуры имеет вид:
procedure name_1( r : real; i : integer; c : char );
Однотипные параметры могут быть перечислены через запятую:
procedure name_2( a, b : real; i, j, k : integer );
Список формальных параметров необязателен и может отсутствовать:
Если в заголовке процедуры будут применяться параметры-переменные, то перед ними необходимо указывать служебное слово var :
procedure name_4( x, y : real; var z : real );
Для обращения к процедуре необходимо использовать оператор вызова:
Фактические параметры в списке оператора вызова отделяются друг от друга запятой:
a : = 5. 3; k : = 2; s := ’ a ’;
Если в описании процедуры формальные параметры отсутствовали, то и при вызове их быть не должно:
Алгоритм решения этой задачи был подробно описан в задаче 3.3 (рис. 3.14). Однако там не была рассмотрена ситуация некорректного ввода значений коэффициентов. Например, если пользователь введёт 
, то уравнение из квадратного превратится в линейное. Алгоритм решения линейного уравнения тривиален: 
, при условии, что 
. Чтобы не усложнять уже составленный алгоритм решения квадратного уравнения, запишем его в виде подпрограммы-процедуры. Далее приведён фрагмент программы с комментариями: