Процедуры и функции. Заголовок и тело процедур и функций, классификация параметров. Вызов процедур и функций. Лекция 9

В программах на Pascal используются подпрограммы двух видов: процедуры и функции.
Имея один и тот же смысл и аналогичную структуру, они несколько различаются назначением и способом их использования.
Все процедуры и функции, в свою очередь, подразделяются на две группы:
стандартные (встроенные);
определенные пользователем.
Встроенные (стандартные) процедуры и функции входят в стандартные библиотеки и могут вызываться по имени без предварительного описания (например, read и write).
Процедуры и функции пользователя пишутся самим программистом и помещаются в раздел описаний процедур и функций. Их вызов для выполнения записывается в разделе операторов основной программы или другой подпрограммы.

Процедуры
Процедура — это независимая именованная часть программы, которую после однократного описания можно многократно вызывать по имени из последующих частей программы. Вызов процедуры оформляется как отдельный оператор, процедура не может выступать как операнд в выражении.
Структура процедуры повторяет структуру программы, это "программа в миниатюре", состоящая из заголовка и тела. В отличие от программы, для процедур и функций наличие заголовка обязательно.

Заголовок состоит из зарезервированного слова procedure, идентификатора (имени) процедуры и необязательного списка формальных параметров. Тело процедуры по своей структуре аналогично обычной программе:
procedure ИмяПроцедуры (ФормальныеПараметры);
{ Описательная часть процедуры }
begin
{ Инструкции исполнительной части процедуры }
end;
Обратите внимание — в конце тела процедуры, как и в конце программы, стоит end, однако после end ставится точка с запятой, а не точка.

Для обращения к процедуре используется оператор вызова процедуры. Он состоит из имени процедуры и необязательного списка фактических параметров, отделенных друг от друга запятыми:
ИмяПроцедуры(ФактическиеПараметры);
При вызове процедуры работа главной программы приостанавливается и начинает выполняться вызванная процедура. Когда процедура выполнит свою задачу, программа продолжится с оператора, следующего за оператором вызова процедуры.
Для принудительного выхода из процедуры в ее теле записывается оператор завершения exit, который обеспечивает выход во внешний блок (обычно — в основную программу).

Пример. Написать программу вычисляющую сумму 1+x+x2+x3+…+xn.
Var
s,x,n,i,p:integer;
procedure power (n,m:integer; var p:integer);
var i:integer;
begin
p:=1;
for i :=1 to m do
p:=p*n;
end;

begin
write(‘Введите x‘);
readln(x);
write(‘Введите n‘);
readln(n);
s:=1;
for i:=1 to n do
begin
power(x,i,p);
s:=s+p;
end;
readln;
end.

Механизм передачи параметров
Параметры, которые указываются при описании процедур и функций, называются формальными. Название "формальные" параметры получили в связи с тем, что они нужны только для записи алгоритма, а при вызове подпрограммы на их место будут подставлены конкретные фактические параметры.
Соответствие между формальными и фактическими параметрами обеспечивается выполнением следующих требований:
формальных и фактических параметров должно быть одинаковое количество;
порядок следования фактических и формальных параметров должен быть один и тот же;
тип фактического параметра должен быть совместим с типом соответствующего ему формального параметра.

Имеются два основных вида параметров, которые отличаются способом их передачи в подпрограмму:
параметры-значения;
параметры-переменные;
параметры-константы.
Параметры-значения: Подпрограмме передается лишь значение параметра, которое помещается в переменную, специально созданную для этой цели. Таким образом, в подпрограмме используется копия фактического параметра и его изменение в подпрограмме никак не скажется на значении его в самой программе, т. к. меняется копия.
Поэтому параметры-значения нельзя использовать для передачи результатов из подпрограммы в основную программу.

Параметры-переменные: Каждому формальному параметру-переменной должен соответствовать фактический параметр в виде переменной (выражение не допускается). В этом случае при вызове подпрограммы ей передается адрес фактического параметра в памяти и в дальнейшем подпрограмма работает именно с этой ячейкой памяти, а не с копией, как при использовании параметра-значения, т.е. если переменная меняется в подпрограмме, то она изменится и в программе
В списке формальных параметров перед ними ставится ключевое слово var.
Вывод: исходные данные в подпрограмму могут передаваться как через параметры-значения, так и через параметры-переменные, а результаты работы подпрограммы возвращаются в программу только через параметры-переменные.

Пример:
var a,b: integer;
procedure kub (x: integer; var y: integer);
begin
x:= x*x*x;
y:= y*y*y;
writeln(x,' ',y);
end;
begin
а:=3; b:=2;
kub (a, b); writeln(a,' ',b);
end.
При выполнении программа выведет на экран:
27 8
3 8

Параметры-константы передаются по адресу, как параметры-переменные, но значения их запрещено изменять в подпрограмме. За этим строго следит компилятор, при нарушении запрета он выдает сообщение об ошибке.
При описании подпрограммы перед параметрами-константами добавляется служебное слово const, например:
procedure proc (const р: integer);
Параметры-константы — это очень хороший способ передачи исходных данных в подпрограмму, т. к. он не требует дополнительных затрат памяти для хранения копий. При этом сами исходные данные в своих ячейках памяти остаются в неприкосновенности.

Функции
Если результатом подпрограммы является только одно значение, то имеет смысл оформить такую подпрограмму не в виде процедуры, а в виде функции.
Функция пользователя во всем аналогична процедуре, за исключением двух отличий:
функция передает в программу результат своей работы — единственное значение, носителем которого является имя самой функции;
имя функции может входить в выражение как операнд.

Функция, определенная пользователем, состоит из заголовка и тела функции. Заголовок содержит зарезервированное слово function, имя функции, необязательный список формальных параметров и тип возвращаемого функцией значения. Тело функции по своей структуре аналогично обычной программе:
function ИмяФункции (ФормальныеПараметры): ТипРезультата;
{ Описательная часть функции}
begin
{ Инструкции исполнительной части функции }
ИмяФункции := Результат;
end;

В разделе операторов функции должен находиться по крайней мере один оператор, который присваивает ее имени значение результата работы функции. Если таких присваиваний несколько, то результатом функции будет значение последнего выполненного оператора присваивания. Если же такой оператор отсутствует, то значение, возвращаемое функцией, не определено.

Пример. Написать программу, которая находит для любых двух точек A и B плоскости находит расстояние между ними и вектор AB:
function rasst(x1,y1,x2,y2:real; var vect1,vect2:real):real;
begin
vec1:=x2-x1;
vec2:=y2-y1;
rasst:=sqrt(sqr(vec1)+sqr(vec2));
end;
var
x1,x2,y1,y2,r,vec1,vec2:real;
begin
writeln(‘Введите координаты точки A’);
readln(x1,y1);
writeln(‘Введите координаты точки B’);
readln(x2,y2);

r:=rasst(x1,y1,x2,y2,vec1,vec2);
writeln(‘Вектор AB=(’,vec1:5:2,’,’,vec2:5:2,’)’,’Расстояние AB=’, r:5:2);
readln;
end.
Обратите внимание — функция rasst возвращает не один результат, а три, причем один из них (расстояние) передается как результат функции, а переменные vec1 и vec2 передаются как параметры-переменные.
Анализ приведенной программы дает основания считать функции более универсальным видом подпрограмм, чем процедуры, тем более что в современных версиях Pascal разрешен прямой вызов функций (по типу вызова процедуры). В некоторых языках (C/C++ и им подобных) вообще отсутствуют процедуры, и единственным видом подпрограмм являются функции.

Область видимости и время жизни переменной
Все объекты (метки, константы, типы, переменные, процедуры и функции), которые описываются в теле подпрограммы, являются локальными объектами, т. е. доступны только в пределах этой подпрограммы и недоступны вызывающей программе. Иначе говорят, что они "видимы" в той подпрограмме, в которой описаны.
При запуске любой программы для нее формируется специальная область памяти, которая называется программным стеком. Эта область используется для хранения локальных переменных подпрограмм, которые помещаются в стек непосредственно при вызове подпрограммы.

Параметры подпрограммы также помещаются в стек, причем для параметров-значений в стек помещается само значение, а для параметров-переменных — адрес фактического параметра, в котором хранится значение.
Кроме того, в стек помещается точка возврата, т. е. адрес инструкции вызывающей программы, к которой нужно вернуться после окончания работы подпрограммы.
Как только подпрограмма закончит работу, вся память, отведенная для нее в стеке, считается свободной и в дальнейшем может использоваться для данных других подпрограмм. Так обеспечивается независимость подпрограмм друг от друга и от основной программы.
Все объекты, описанные в вызывающей программе, называются глобальными. Память под глобальные переменные выделяется при компиляции программы. Эта часть памяти называется сегментом данных. Иначе ее называют глобальной памятью.
Глобальные переменные находятся в сегменте данных от начала до конца выполнения программы, поэтому ими можно пользоваться и в программе, и во всех подпрограммах, к которым обращается программа.

обмен данными между программой и подпрограммой может производиться не только через параметры, но и через глобальные переменные,
если одно и то же имя определено и в программе, и в подпрограмме, то внутри подпрограммы глобальный объект недоступен, т. е. он как бы экранируется (маскируется) локальным объектом с таким же именем;
если одно и то же имя определено в нескольких подпрограммах одной программы, то в каждой подпрограмме это будут разные локальные объекты, не зависящие друг от друга (если подпрограммы не вложены одна в другую).

Для пояснения рассмотрим следующую программу:
var a,b,c,d: integer;
procedure prim(x: integer; var y: integer);
var c: integer;
begin
с:=1;d:=1;x:=1; у:=1;
writeln(x,’ ‘,y,’ ‘,c,’ ‘,d);
end;
begin
a:=0;b:=0;c:=0;d:=0;
рrim(а,b);
writeln(a,’ ‘,b,’ ‘,c,’ ‘,d);
end.

При выполнении программа напечатает строки:
1111
0101
х — формальный параметр-значение, которому соответствует фактический параметр а=0. В процедуре его значение заменится на 1, после чего результат будет напечатан. На переменной а это никак не отразится, и после выполнения процедуры а по-прежнему будет равно нулю, у — параметр-переменная, поэтому при выполнении процедуры вместо у действия будут проводиться с переменной b, которая получит значение 1. с — локальная переменная, которая маскирует глобальную переменную с основной программы, d— глобальная переменная.

Вложенные процедуры и функции
В Pascal допускается любой уровень вложенности процедур и функций. Процедура, описанная в основной программе, в свою очередь, может содержать описания внутренних процедур и функций. При этом объекты, описанные в вызывающей процедуре, являются глобальными по отношению к вызываемой процедуре.
имена объектов, описанных в некотором блоке, считаются известными в пределах данного блока, включая и все вложенные блоки;
имена объектов, описанных в блоке, должны быть уникальны в пределах данного блока и могут совпадать с именами объектов из других блоков;
если в некотором блоке описан объект, имя которого совпадает с именем объекта, описанного в вышестоящем блоке, то это последнее имя становится недоступным в данном блоке.

Если применить эти правила к схеме, можно сказать, что объек­ты, описанные в блоке В, известны (видимы), кроме самого блока В, еще и в блоках С и Д, но невидимы в блоке А. Объекты, описанные в блоке F, видимы только в пределах этого блока.

Рекомендации по разработке программ
При разработке программ с большим количеством подпрограмм всегда стремитесь сократить число глобальных переменных до минимума, давайте им осмысленные имена и держите каждую из них под постоянным контролем;
все рабочие переменные, которые используются в подпрограмме для реализации ее алгоритма, описывайте как локальные; при этом желательно, чтобы имена переменных не совпадали с именами глобальных переменных;
если планируется использование подпрограммы в нескольких разных программах, в ней вообще не должны использоваться глобальные переменные, т. е. она должна быть полностью автономной и должна обмениваться данными с основной программой только через параметры;
избегайте вложенных процедур, т. к. при их использовании вероятность нечаянно изменить значение переменной резко возрастает.