Функции
Функция определяет действия, которые выполняет программа. Функции позволяют выделить набор инструкций и назначить ему имя. А затем многократно по присвоенному имени вызывать в различных частях программы. По сути функция — это именованный блок кода.
Формальное определение функции выглядит следующим образом:
Первая строка представляет заголовок функции. Вначале указывается возвращаемый тип функции. Если функция не возвращает никакого значения, то используется тип void .
Затем идет имя функции, которое представляет произвольный идентификатор. К именованию функции применяются те же правила, что и к именованию переменных.
После имени функции в скобках идет перечисление параметров. Функция может не иметь параметров, в этом случае указываются пустые скобки.
После заголовка функции в фигурных скобках идет тело функции, которое содержит выполняемые инструкции.
Для возвращения результата функция применяет оператор return . Если функция имеет в качестве возвращаемого типа любой тип, кроме void, то она должна обязательно с помощью оператора return возвращать какое-либо значение.
Например, определение функции main, которая должна быть в любой программе на языке C++ и с которой начинается ее выполнение:
Возвращаемым типом функции является тип int , поэтому функция должна использовать оператор return и возвращать какое-либо значение, которое соответствует типу int. Возвращаемое значение ставится после оператора return.
Стоит отметить, что С++ позволяет не использовать оператор return в функции main:
Но если функция имеет тип void , то ей не надо ничего возвращать. Например, мы могли бы определить следующую функцию, которая просто выводит некоторый текст на консоль:
Выполнение функции
Когда запускается программа на языке C++, то запускается функция main. Никакие другие функции, определенные в программе, автоматически не выполняются. Для выполнения функции ее необходимо вызвать. Вызов функции осуществляется в форме:
После имени функции указываются скобки, в которых перечисляются аргументы — значения для параметров функции.
Например, определим и выполним простейшую функцию:
Здесь определена функция hello, которая вызывается в функции main два раза. В этом и заключается преимущество функций: мы можем вынести некоторые общие действия в отдельную функцию и затем вызывать многократно в различных местах программы. В итоге программа два раза выведет строку «hello».
Объявление функции
При использовании функций стоит учитывать, что компилятор должен знать о функции до ее вызова. Поэтому вызов функции должен происходить после ее определения, как в случае выше. В некоторых языках это не имеет значение, но в языке C++ это играет большую роль. И если, к примеру, мы сначала вызовем, а потом определим функцию, то мы получим ошибку на этапе компиляции, как в следующем случае:
В этом случае перед вызовом функции надо ее дополнительно объявить. Объявление функции еще называют прототипом. Формальное объявление выглядит следующим образом:
Фактически это заголовок функции. То есть для функции hello объявление будет выглядеть следующим образом:
Используем объявление функции:
В данном случае несмотря на то, что определение функции идет после ее вызова, но так как функция уже объявлена до ее вызова, то компилятор будет знать о функции hello, и никаких проблем в работе программы не возникнет.
Функции в языке Си
Функция — это самостоятельная единица программы, которая спроектирована для реализации конкретной подзадачи.
Функция является подпрограммой, которая может содержаться в основной программе, а может быть создана отдельно (в библиотеке). Каждая функция выполняет в программе определенные действия.
Сигнатура функции определяет правила использования функции. Обычно сигнатура представляет собой описание функции, включающее имя функции, перечень формальных параметров с их типами и тип возвращаемого значения.
Семантика функции определяет способ реализации функции. Обычно представляет собой тело функции.
Определение функции
Каждая функция в языке Си должна быть определена, то есть должны быть указаны:
- тип возвращаемого значения;
- имя функции;
- информация о формальных аргументах;
- тело функции.
Определение функции имеет следующий синтаксис:
Пример : Функция сложения двух вещественных чисел
В указанном примере возвращаемое значение имеет тип float . В качестве возвращаемого значения в вызывающую функцию передается значение переменной y . Формальными аргументами являются значения переменных x и z .
Если функция не возвращает значения, то тип возвращаемого значения для нее указывается как void . При этом операция return может быть опущена. Если функция не принимает аргументов, в круглых скобках также указывается void .
Различают системные (в составе систем программирования) и собственные функции.
Системные функции хранятся в стандартных библиотеках, и пользователю не нужно вдаваться в подробности их реализации. Достаточно знать лишь их сигнатуру. Примером системных функций, используемых ранее, являются функции printf() и scanf() .
Собственные функции — это функции, написанные пользователем для решения конкретной подзадачи.
Разбиение программ на функции дает следующие преимущества:
- Функцию можно вызвать из различных мест программы, что позволяет избежать повторения программного кода.
- Одну и ту же функцию можно использовать в разных программах.
- Функции повышают уровень модульности программы и облегчают ее проектирование.
- Использование функций облегчает чтение и понимание программы и ускоряет поиск и исправление ошибок.
С точки зрения вызывающей программы функцию можно представить как некий «черный ящик», у которого есть несколько входов и один выход. С точки зрения вызывающей программы неважно, каким образом производится обработка информации внутри функции. Для корректного использования функции достаточно знать лишь ее сигнатуру.
Вызов функции
Общий вид вызова функции
Фактический аргумент — это величина, которая присваивается формальному аргументу при вызове функции. Таким образом, формальный аргумент — это переменная в вызываемой функции, а фактический аргумент — это конкретное значение, присвоенное этой переменной вызывающей функцией. Фактический аргумент может быть константой, переменной или выражением. Если фактический аргумент представлен в виде выражения, то его значение сначала вычисляется, а затем передается в вызываемую функцию. Если в функцию требуется передать несколько значений, то они записываются через запятую. При этом формальные параметры заменяются значениями фактических параметров в порядке их следования в сигнатуре функции.
Возврат в вызывающую функцию
По окончании выполнения вызываемой функции осуществляется возврат значения в точку ее вызова. Это значение присваивается переменной, тип которой должен соответствовать типу возвращаемого значения функции. Функция может передать в вызывающую программу только одно значение. Для передачи возвращаемого значения в вызывающую функцию используется оператор return в одной из форм:
Действие оператора следующее: значение выражения, заключенного в скобки, вычисляется и передается в вызывающую функцию. Возвращаемое значение может использоваться в вызывающей программе как часть некоторого выражения.
Оператор return также завершает выполнение функции и передает управление следующему оператору в вызывающей функции. Оператор return не обязательно должен находиться в конце тела функции.
Функции могут и не возвращать значения, а просто выполнять некоторые вычисления. В этом случае указывается пустой тип возвращаемого значения void , а оператор return может либо отсутствовать, либо не возвращать никакого значения:
Пример : Посчитать сумму двух чисел.
Результат выполнения
В языке Си нельзя определять одну функцию внутри другой.
В языке Си нет требования, чтобы семантика функции обязательно предшествовало её вызову. Функции могут определяться как до вызывающей функции, так и после нее. Однако если семантика вызываемой функции описывается ниже ее вызова, необходимо до вызова функции определить прототип этой функции, содержащий:
- тип возвращаемого значения;
- имя функции;
- типы формальных аргументов в порядке их следования.
Прототип необходим для того, чтобы компилятор мог осуществить проверку соответствия типов передаваемых фактических аргументов типам формальных аргументов. Имена формальных аргументов в прототипе функции могут отсутствовать.
Если в примере выше тело функции сложения чисел разместить после тела функции main, то код будет выглядеть следующим образом:
Рекурсивные функции
Функция, которая вызывает сама себя, называется рекурсивной функцией .
Рекурсия — вызов функции из самой функции.
Пример рекурсивной функции — функция вычисления факториала.
Результат выполнения 
Более подробно рекурсивные функции рассмотрены в этой статье.
Математические функции
Математические функции хранятся в стандартной библиотеке math.h . Аргументы большинства математических функций имеют тип double . Возвращаемое значение также имеет тип double .
Углы в тригонометрических функциях задаются в радианах.
Урок №12. Функции
Вы уже знаете, что каждая программа должна содержать функцию main() (с которой она и начинает свое выполнение). Тем не менее, большинство программ используют и много других функций.
Функции
Функция — это последовательность стейтментов для выполнения определенного задания. Часто ваши программы будут прерывать выполнение одних функций ради выполнения других. Вы делаете аналогичные вещи в реальной жизни постоянно. Например, вы читаете книгу и вспомнили, что должны были сделать телефонный звонок. Вы оставляете закладку в своей книге, берете телефон и набираете номер. После того, как вы уже поговорили, вы возвращаетесь к чтению: к той странице, на которой остановились.
Программы на языке C++ работают похожим образом. Иногда, когда программа выполняет код, она может столкнуться с вызовом функции. Вызов функции — это выражение, которое указывает процессору прервать выполнение текущей функции и приступить к выполнению другой функции. Процессор «оставляет закладку» в текущей точке выполнения, а затем выполняет вызываемую функцию. Когда выполнение вызываемой функции завершено, процессор возвращается к закладке и возобновляет выполнение прерванной функции.
Функция, в которой находится вызов, называется caller, а функция, которую вызывают — вызываемая функция, например:
Результат выполнения программы:
Starting main()
In doPrint()
Ending main()
Эта программа начинает выполнение с первой строки функции main(), где выводится на экран следующая строка: Starting main() . Вторая строка функции main() вызывает функцию doPrint(). На этом этапе выполнение стейтментов в функции main() приостанавливается и процессор переходит к выполнению стейтментов внутри функции doPrint(). Первая (и единственная) строка в doPrint() выводит текст In doPrint() . Когда процессор завершает выполнение doPrint(), он возвращается обратно в main() к той точке, на которой остановился. Следовательно, следующим стейтментом является вывод строки Ending main() .
Обратите внимание, для вызова функции нужно указать её имя и список параметров в круглых скобках () . В примере, приведенном выше, параметры не используются, поэтому круглые скобки пусты. Мы детально поговорим о параметрах функций на следующем уроке.
Правило: Не забывайте указывать круглые скобки () при вызове функций.
Возвращаемые значения
Когда функция main() завершает свое выполнение, она возвращает целочисленное значение обратно в операционную систему, используя оператор return.
Функции, которые мы пишем, также могут возвращать значения. Для этого нужно указать тип возвращаемого значения (или «тип возврата»). Он указывается при объявлении функции, перед её именем. Обратите внимание, тип возврата не указывает, какое именно значение будет возвращаться. Он указывает только тип этого значения.
Затем, внутри вызываемой функции, мы используем оператор return, чтобы указать возвращаемое значение — какое именно значение будет возвращаться обратно в caller.
Рассмотрим простую функцию, которая возвращает целочисленное значение:
Результат выполнения программы:
Первый вызов функции return7() возвращает 7 обратно в caller, которое затем передается в std::cout для вывода.
Второй вызов функции return7() опять возвращает 7 обратно в caller. Выражение 7 + 3 имеет результат 10 , который затем выводится на экран.
Третий вызов функции return7() опять возвращает 7 обратно в caller. Однако функция main() ничего с ним не делает, поэтому ничего и не происходит (возвращаемое значение игнорируется).
Примечание: Возвращаемые значения не выводятся на экран, если их не передать объекту std::cout. В последнем вызове функции return7() значение не отправляется в std::cout, поэтому ничего и не происходит.
Тип возврата void
Функции могут и не возвращать значения. Чтобы сообщить компилятору, что функция не возвращает значение, нужно использовать тип возврата void. Взглянем еще раз на функцию doPrint() из вышеприведенного примера:
Эта функция имеет тип возврата void, который означает, что функция не возвращает значения. Поскольку значение не возвращается, то и оператор return не требуется.
Вот еще один пример использования функции типа void:
В первом вызове функции returnNothing() выводится Hi! , но ничего не возвращается обратно в caller. Точка выполнения возвращается обратно в функцию main(), где программа продолжает свое выполнение.
Второй вызов функции returnNothing() даже не скомпилируется. Функция returnNothing() имеет тип возврата void, который означает, что эта функция не возвращает значения. Однако функция main() пытается отправить это значение (которое не возвращается) в std::cout для вывода. std::cout не может обработать этот случай, так как значения на вывод не предоставлено. Следовательно, компилятор выдаст ошибку. Вам нужно будет закомментировать эту строку, чтобы компиляция прошла успешно.
Возврат значений функцией main()
Теперь у вас есть понимание того, как работает функция main(). Когда программа выполняется, операционная система делает вызов функции main() и начинается её выполнение. Стейтменты в main() выполняются последовательно. В конце функция main() возвращает целочисленное значение (обычно 0 ) обратно в операционную систему. Поэтому main() объявляется как int main() .
Почему нужно возвращать значения обратно в операционную систему? Дело в том, что возвращаемое значение функции main() является кодом состояния, который сообщает операционной системе об успешном или неудачном выполнении программы. Обычно, возвращаемое значение 0 (ноль) означает что всё прошло успешно, тогда как любое другое значение означает неудачу/ошибку.
Обратите внимание, по стандартам языка C++ функция main() должна возвращать целочисленное значение. Однако, если вы не укажете return в конце функции main(), компилятор возвратит 0 автоматически, если никаких ошибок не будет. Но рекомендуется указывать return в конце функции main() и использовать тип возврата int для функции main().
Еще о возвращаемых значениях
Во-первых, если тип возврата функции не void, то она должна возвращать значение указанного типа (использовать оператор return). Единственно исключение — функция main(), которая возвращает 0 , если не предоставлено другое значение.
Во-вторых, когда процессор встречает в функции оператор return, он немедленно выполняет возврат значения обратно в caller и точка выполнения также переходит в caller. Любой код, который находится за оператором return в функции — игнорируется.
Функция может возвращать только одно значение через return обратно в caller. Это может быть либо число (например, 7 ), либо значение переменной, либо выражение (у которого есть результат), либо определенное значение из набора возможных значений.
Но есть способы обойти правило возврата одного значения, возвращая сразу несколько значений, но об этом детально мы поговорим на соответствующем уроке.
Наконец, автор функции решает, что означает её возвращаемое значение. Некоторые функции используют возвращаемые значения в качестве кодов состояния для указания результата выполнения функции (успешно ли выполнение или нет). Другие функции возвращают определенное значение из набора возможных значений. Кроме того, существуют функции, которые вообще ничего не возвращают.
Повторное использование функций
Одну и ту же функцию можно вызывать несколько раз, даже в разных программах, что очень полезно:
Функции в языке программирования C
Теперь, когда мы уже знаем, что такое переменные, условные операторы, циклы, пришло время, чтобы узнать о функциях. Вы уже имеете представление об использовании функции main , getchar — это еще один пример функции. В общем, функции — это отдельные независимые блоки кода, которые выполняют ряд предопределенных команд. В языке программирования Си вы можете использовать как встроенные функции различных библиотек так и функции, которые вы создали сами, то есть свои собственные функции.
Функции, которые мы будем создавать сами, обычно требуют объявления прототипа. Прототип дает основную информацию о структуре функции: он сообщает компилятору, какое значение функция возвращает, как функция будет вызываться, а также то, какие аргументы функции могут быть переданы. Когда я говорю, что функция возвращает значение, я имею в виду, что функция в конце работы вернет некоторое значение, которое можно поместить в переменную. Например, переменная может быть инициализирована значением, которое вернет функция:
Ошибкой является то, что многие начинающие программисты думают, что значение в переменной randomNumber каждый раз будет случайно меняться, это не так. Она будет инициализирована случайным значением единожды, при вызове функции rand(), но не при каждом запуске программы.
Рассмотрим общий формат для прототипа функций:
где, returnedDataType — тип данных, возвращаемого функцией, значения;
functionName — имя функции
dataType — тип данных параметра функции, это тот же самый тип данных, что и при объявлении переменной
par1 . parN — параметры функции.
У функции может быть более одного параметра или вообще ни одного, в таком случае круглые скобки пустые. Функции, которые не возвращают значения имеют тип данных возвращаемого значения — void . Давайте посмотрим на прототип функции:
Этот прототип сообщает компилятору, что функция принимает два аргумента, в качестве целых чисел, и что по завершению работы функция вернет целое значение. Обязательно в конце прототипа необходимо добавлять точку с запятой. Без этого символа, компилятор, скорее всего, подумает, что вы пытаетесь написать собственно определения функции.
Когда программист фактически определяет функцию, он начнет с прототипа, но точку с запятой уже ставить не надо. Сразу после прототипа идет блок с фигурными скобочками и с кодом, который функция будет выполнять. Например, как вы обычно пишите код внутри функции main . Любой из аргументов, переданных функции можно использовать, как если бы они были объявлены как обычные переменные. И, наконец, определение функции заканчивается закрывающейся фигурной скобкой, без точек с запятой.
Давайте рассмотрим пример объявления и использования функции в языке программирования Си:
Эта программа начинается с включения единственного заголовочного файла, в строке 1. Следующей строкой является прототип функции умножения. Обратите внимание, что в конце объявления прототипа есть точка с запятой! Функция main возвращает целое число, в строке 16. Чтобы соответствовать стандарту функция main всегда должна возвращать некоторое значение. У вас не должно возникнуть проблем с пониманием ввода и вывода значений в функциях, если вы внимательно изучили предыдущие уроки.
Обратите внимание на то как на самом деле функция multiplication() принимает значение. Что же происходит на самом деле? А на самом деле это работает так: функция multiplication принимает два целых значения, умножает их и возвращает произведение. Результат работы этой программы будет точно таким же, как если бы мы сделали так:
Функция multiplication() на самом деле определяется ниже функции main . А так как прототип этой функции объявлен выше главной функции, то при вызове функции multiplication() внутри main() компилятор не выдаст ошибку. Пока прототип присутствует, функция может использоваться даже если нет её фактического определения. Тем не менее, вызов функции не может быть осуществлен ранее, чем будет определена эта функция.
Определение прототипов функций необходимы только если фактическое определение самой функции будет располагаться после main-функции. Если же функцию определить до главной функции, то прототип не нужен.
Ключевое слово return , используется для того, чтобы заставить функцию возвращать значение. Обратите внимание на то, что вполне успешно можно объявлять функции, которые не возвращают никаких значений. Если функция возвращает значение типа void , значит фактически функция не имеет возвращаемого значения. Другими словами, для функции, которая возвращает значение типа void , утверждение return; является законным, но обычно оно избыточно. (Хотя оно может быть использовано для экстренного выхода из функции.)
Наиболее важным является понимание, для чего же нам нужна функция? Функции имеют множество применений. Например, в программе есть блок кода, который необходимо выполнять в разных местах программы около сорока раз. То есть один раз объявили функцию и уже вызываете её там где это необходимо,при этом код не дублируется, что позволит сэкономить много места, что в свою очередь сделает программу более читаемой. Кроме того, наличие только одной копии кода делает его легче для внесения изменений.
Еще одна причина для использования функций, это разделение всего кода на отдельные логические части. Таким образом сложные задачи разбиваются на более простые, это очень помогает при сопровождении кода, структуру такой программы будет намного легче понять.