Тема 5. Функции Зачем нужны функции?
Функции являются модулями, из которых создаётся программа. Существуют, по крайней мере, две веские причины использовать функции: во-первых, они существенно упрощают разработку, отладку и поддержку программ, во-вторых, они могут позволить избежать дублирования кода. При грамотном использовании функций в программах отсутствуют запутанные логические конструкции, глубоко вложенные циклы и прочие нежелательные вещи. В конечном счете, использование функций делает программу легко читаемой и понятной даже программисту, который не участвовал в её разработке.
Функция – это часть программы (или подпрограмма), которая решает одну конкретную задачу. Точнее, данное определение относится к грамотно написанной функции, но именно к проектированию таких функций мы и стремимся. Функция может производить какие-то вычисления и возвращать полученный результат, а может просто выполнять последовательность действий и ничего не возвращать. Функция, которая не возвращает значения, в некоторых языках программирования называется процедурой. В объектно-ориентированном программировании функции называются методами.
Функцию часто представляют в виде черного ящика, который принимает что-то на вход и возвращает что-то на выходе.
Определение и вызов функции
Функции предназначены для того, чтобы их вызывать, а перед вызовом их требуется определить. Рассмотрим, как это делается. Для примера создадим функцию, которая приветствует пользователя на трёх разных языках.
//Определение функции
Void say_hello() <
cout << «Hello!» << endl;
cout << «Bonjour!» << endl;
cout << «Привет!» << endl;
//Вызов функции
Разберём подробно эту программу. В данном случае функция не принимает никаких аргументов и не возвращает никакого значения: она просто выполняет некоторые действия, точнее, выводит три приветствия. Фактически мы просто назвали группу из трёх команд
cout << «Hello!» << endl;
cout << «Bonjour!» << endl;
cout << «Привет!» << endl;
именем say_hello(). После этого для выполнения этих команд достаточно вызвать функцию, другими словами, указать её имя, а не писать эти три команды. Таким образом, программа
Int main() <
cout << «Hello!» << endl;
cout << «Bonjour!» << endl;
cout << «Привет!» << endl;
return 0;
Выполнит те же действия, что и программа
int main() <
return 0;
Заметим, что рассмотренная функция say_hello(), работает всегда одинаково. Рассмотрим теперь функцию, которая может работать по-разному от вызова к вызову. Создадим функцию, которая принимает в качестве аргумента целое число n и выводит на экран n звёздочек.
#include <iostream>
using namespace std;
void drawStars(int n) <
for (int i=1; i<=n; i++) <
cout << «*»;
int main() <
drawStars(10);
return 0;
Следующая функция вычисляет среднее арифметическое трех чисел и возвращает это значение
float average(float x, float y, float z) <
float sum = x+y+z;
return sum/3.0;
int main() <
Определение функции состоит из нескольких частей:
тип возвращаемого значения;
Тип возвращаемого функцией значения
Тип возвращаемого значения может быть любым; в нашем примере – это float:
float average(float x, float y, float z) <
Указание возвращаемого типа сообщает программисту, как нужно вызывать функцию:
cout << average(12.5,56.7,66.8);
Можно также использовать запись
float avg = average(12.5,56.7,66.8);
Здесь переменная avg имеет тип float.
Название функции
Название функции – это идентификатор, поэтому оно должно подчиняться определенным правилам: состоять из букв, цифр или знака подчеркивания и начинаться с буквы или со знака подчеркивания. Название функции может быть любым в рамках данных правил, но оно должно точно указывать на ту задачу, которую решает функция. Например, если функция предназначена для сортировки массива, то подходящим названием может быть sort_array или sort, а имена типа fg, f1 или mas никак не связаны данной задачей, поэтому их использование нежелательно.
Название функции указывается при ее определении:
float average(float x, float y, float z) <
cout << average(12.5, 56.7, 66.8);
Формальные и фактические аргументы, вызов функции
После указания имени функции в круглых скобках перечисляются формальные аргументы этой функции:
float average(float x, float y, float z) <
Формальные аргументы указывают на то, значения каких типов можно передать в функцию при вызове:
cout << average(12.5, 56.7, 66.8);
Аргументы функции, указываемые при вызове, называются фактическими; их количество, порядок и тип должны быть такими же, как и у формальных аргументов; если данное требование не выполняется, то компилятор выдаст ошибку. Например, следующие строки кода приведут к ошибкам:
cout << average(12.5);
cout << average(«1.5», 6.7, 6.8);
cout << average();
Тело функции
После указания формальных аргументов в фигурных скобках находится тело функции; здесь идут все операторы, которые должна выполнить функция:
float average(float x, float y, float z) <
float summa = x+y+z;
return summa/3;
Оператор return и возвращение значения функции
Для остановки работы функции и возвращения ее значения предназначен оператор return. В зависимости от функции оператор return может присутствовать один или несколько раз, а может и вовсе отсутствовать. Стандартный способ использования оператора return – это указание его в конце функции с целью возвращения ее значения; именно так сделано в нашей функции getAverage:
float average(float x, float y, float z) <
float summa = x+y+z;
return summa/3;
Два раза оператор return используется в следующей функции, которая определяет максимум из двух чисел:
int max(int m, int n) <
return n;
Если функция не возвращает никакого значения, другими словами, при ее определении возвращаемым типом указан void, то оператор return может отсутствовать. Примером такой функции является функция вывода массива чисел на экран:
Урок 4. Основы программирования. Функции
Чем больше в вашей программе строк, тем сложнее она для понимания. Поскольку программу придётся актуализировать, дополнять и изменять бесконечно, то объёмный код в этой задаче не помощник. Для его упрощения есть функции. Благодаря им вы сократите время на разработку и уберёте дублирующиеся части. Понимать и тестировать программу станет проще. Как всё работает, сейчас покажем.
Сначала теория
Программы состоят из алгоритмов. А они в свою очередь из команд, переменных и функций.
Функция – это часть кода, совокупность команд, которая решает конкретную задачу. Чтобы легко обратиться к функции из разных частей программы, ей присваивают имя.
Зачем обращаться к функции? Чтобы не прописывать тот же самый алгоритм повторно в другом месте. Вместо этого достаточно написать только имя функции. Код становится лаконичным и понятным, его легко отлаживать и сопровождать.
Объясняем
Например, вы хотите написать программу, которая проигрывает песню. И в ней 5 раз звучит игра на барабанах. Вы бы прописали следующий алгоритм для барабанщика:
1. Взять палочки.
3. Совершить удар по барабану.
4. Нажать на педаль ногой.
5. Помотать головой в такт.
Без функции вам пришлось бы прописывать 5 раз одно и то же в тех частях композиции, где нужны ударные. Но гораздо удобнее оформить этот алгоритм в функцию playDrums и вызывать её каждый раз, когда необходимо. Это экономит время.
По сути, это алгоритм в алгоритме, который вызывается по имени с помощью команды. Например, лай собаки – это функция, которая выполняется по определённому алгоритму и вызывается командой «Голос».
Аргументы
Функциям можно передавать параметры, которые называются аргументами функции.
Когда мы пишем функцию, то указываем в ней не конкретные значения, а параметры, которые необходимо ввести при вызове функции, чтобы она заработала.
Например, если взять функцию человека ходить, то в качестве аргументов в неё передаётся «обувь».
Обувь – это параметр.
В разное время потребуется разная обувь, поэтому при каждом вызове функции аргументы меняются. Например, чтобы ходить по спортивной площадке нужна обувь «кроссовки», а чтобы перейти лужу – «сапоги».
Кроссовки и сапоги – это аргументы.
Алгоритм при этом не поменяется: каждый раз человек ходит одинаково, но в разной обуви.
При вызове функции в строке происходит следующее:
1. Язык программирования находит её в той части программы, где она прописана.
2. Выполняет команды, содержащиеся в ней, с учетом указанных при вызове аргументов.
3. Возвращается обратно к строке, которая её вызвала.
4. Переходит к следующей строке.
Некоторые функции уже встроены в язык программирования, например, console.log() в JavaScript, с которой мы уже познакомились 🙂
Пользовательские функции
Помимо стандартных встроенных в язык функций, мы можем создавать свои – пользовательские. Для этого необходимо записать алгоритм в определённой форме и придумать ему имя.
В JavaScript специальное слово для определения функций – function. После него указывается:
— список аргументов в круглых скобках;
— тело функции в фигурных скобках.
Создадим простейшую функцию без параметров с именем greeting, которая будет выводить строку ‘Hello!’:
Справка! Перед вложенными в функцию строками принято ставить отступ с помощью клавиши , чтобы они начинались немного дальше от края строки. Это визуально упрощает чтение кода.
Если позже нам понадобится вызвать функцию в другой части программы, то мы вызовем её только по имени – «greeting();» – и нажмём :
Увидим в консоли результат:
Тренировка
1. Напишем на JS функцию height() с двумя аргументами: высота в полных метрах (m) и остаток в сантиметрах (cm). Объявление функции выглядит так:
(m, cm) — это параметры, которые необходимо передавать в функцию, чтобы она заработала.
При объявлении функции нам не нужно указывать значения этих параметров. Мы только обозначаем их через запятую. Когда позже мы вызовем функцию, то укажем в скобках после имени конкретные значения, которые компьютер подставит под эти параметры.
2. По нашей задумке функция height() должна вычислять общую высоту в сантиметрах и выводить её в консоль. Для этого мы составим формулу вычисления, по которой функция произведет расчёт:
100 * m + cm
Мы указали, что для расчета общей высоты в сантиметрах необходимо взять значение аргумента m, умножить его на 100, а затем прибавить значение аргумента cm.
3. Запишем эту формулу в переменную total. Наша функция теперь выглядит так:
4. Попросим функцию сразу выводить значение переменной total, которое получилось после произведённого рассчета:
5. Вызовем функцию с аргументами 1 и 70:
Что произойдёт? Компьютер понимает, что функции height(m, cm) переданы аргументы 1 и 70 и подставляет их соответственно: m = 1, cm = 70. Затем производится расчёт по формуле:
Результат вычисления 170 записывается в переменную total. Далее – значение переменной total выводится в консоль:
6. Теперь попросим функцию выводить не просто результат расчёта, а добавлять к нему обозначение результата ‘cm tall’ и снова вызовем функцию с теми же аргументами:
Алгоритм работы функции не поменяется. Но при выводе результата вычисления – в нашем случае 170 – выполняется конкатенация (склейка) двух строк таким образом:
— значение переменной total автоматически преобразуется в строку благодаря неявному преобразованию в JavaScript: число 170 превращается в строку ‘170’;
— строка ‘cm tall’ склеивается со строкой ‘170’.
Теперь результат в консоли выглядит так:
Возвращение значений
Функции могут возвращать значения – результаты вычислений. Эти значения удобно присвоить переменной и использовать при необходимости для выполнения дальнейших вычислений.
Чтобы «научить» функцию возвращать значения потребуется ввести ключевое слово return. А после него указать значение какой переменной необходимо вернуть.
Напишем функцию с именем calc(), которая бы принимала два числовых параметра и суммировала их. Запишем алгоритмическое выражение в переменную total:
Справка! Переменной присваивается не само выражение a + b, а результат, который в итоге получится.
Теперь попросим функцию возвращать значение переменной total:
При вычислении функция получит результат, присвоит его переменной total и вернёт это значение как результат функции.
Например, вызовем функцию calc() с параметрами 4 и 5:
Такие хитрости упрощают жизнь разработчика. Без функций на прописывание повторов в коде уходило бы время, за которое программист напишет еще 30-40% программы.
Домашнее задание
Напишите функцию на языке JavaScript, которая бы считала количество минут в днях.
Урок №14. Почему функции — полезны, и как их эффективно использовать?
Теперь, когда мы уже знаем, что такое функции и зачем они нужны, давайте более подробно рассмотрим, почему они так полезны.
Зачем использовать функции?
Начинающие программисты часто спрашивают: «А можно ли обходиться без функций и весь код помещать непосредственно в функцию main()?». Если вашего кода всего 10-20 строк, то можно. Если же серьезно, то функции предназначены для упрощения кода, а не для его усложнения. Они имеют ряд преимуществ, которые делают их чрезвычайно полезными в нетривиальных программах.
Структура. Как только программы увеличиваются в размере/сложности, сохранять весь код внутри main() становится трудно. Функция — это как мини-программа, которую мы можем записать отдельно от головной программы, не заморачиваясь при этом об остальных частях кода. Это позволяет разбивать сложные задачи на более мелкие и простые, что кардинально снижает общую сложность программы.
Повторное использование. После объявления функции, её можно вызывать много раз. Это позволяет избежать дублирования кода и сводит к минимуму вероятность возникновения ошибок при копировании/вставке кода. Функции также могут использоваться и в других программах, уменьшая объем кода, который нужно писать с нуля каждый раз.
Тестирование. Поскольку функции убирают лишний код, то и тестировать его становится проще. А так как функция — это самостоятельная единица, то нам достаточно протестировать её один раз, чтобы убедиться в её работоспособности, а затем мы можем её повторно использовать много раз без необходимости проводить тестирование (до тех пор, пока не внесем изменения в эту функцию).
Модернизация. Когда нужно внести изменения в программу или расширить её функционал, то функции являются отличным вариантом. С их помощью можно внести изменения в одном месте, чтобы они работали везде.
Абстракция. Для того, чтобы использовать функцию, нам нужно знать её имя, данные ввода, данные вывода и где эта функция находится. Нам не нужно знать, как она работает. Это очень полезно для написания кода, понятного другим (например, Стандартная библиотека С++ и всё, что в ней находится, созданы по этому принципу).
Каждый раз, при вызове std::cin или std::cout для ввода или вывода данных, мы используем функцию из Стандартной библиотеки C++, которая соответствует всем вышеперечисленным концепциям.
Эффективное использование функций
Одной из наиболее распространенных проблем, с которой сталкиваются новички, является понимание того, где, когда и как эффективно использовать функции. Вот несколько основных рекомендаций при написании функций:
Рекомендация №1: Код, который появляется более одного раза в программе, лучше переписать в виде функции. Например, если мы получаем данные от пользователя несколько раз одним и тем же способом, то это отличный вариант для написания отдельной функции.
Рекомендация №2: Код, который используется для сортировки чего-либо, лучше записать в виде отдельной функции. Например, если у нас есть список вещей, которые нужно отсортировать — пишем функцию сортировки, куда передаем несортированный список и откуда получаем отсортированный.
Рекомендация №3: Функция должна выполнять одно (и только одно) задание.
Рекомендация №4: Когда функция становится слишком большой, сложной или непонятной — её следует разбить на несколько подфункций. Это называется рефакторингом кода.
При изучении языка C++ вам предстоит написать много программ, которые будут включать следующие три подзадания:
Получение данных от пользователя.
Для простых программ (менее, чем 30 строк кода) частично или все эти три подзадания можно записать в функции main(). Для более сложных программ (или просто для практики) каждое из этих трех подзаданий является хорошим вариантом, чтобы написать отдельные функции.
Новички часто комбинируют обработку ввода и вывод результата в одной функции. Тем не менее, это нарушает правило «одного задания». Функция, которая обрабатывает значение, должна возвращать его в caller, а дальше уже пускай caller сам решает, что ему с ним делать.
Функция
Отображе́ние или фу́нкция ( лат. functio — «исполнение, осуществление») — одно из основных понятий математики, выражающее зависимость одной величины от другой.
Содержание
Отображение функции.
Наиболее распространенная трактовка понятия функции состоит в его отождествлении с понятием отображения:
Определение. Пусть 
Интуитивно можно догадаться, что y = x 3 .
Смежные понятия
Сужение функции.
Пусть дано отображение