EWS, WS 2016/17 Pfahler I-1

Transkript

1 Vorlesung und Übung Universität Paderborn Wintersemester 2016/2017 Dr. Peter Pfahler Funktionen EWS, WS 2016/17 Pfahler I-1 Funktionen Funktion: Rechenvorschrift mit einem Namen und ggf. formalen Parametern, die an mehreren Stellen im Programm mit unterschiedlichen aktuellen Parametern aufgerufen werden kann. Beispiel für die Definition einer Funktion: function prtabellenzelle () { print "<td><b></b></td>"; Aufrufe der Funktion: prtabellenzelle ("Hallo!"); prtabellenzelle ($x * $y); Zweck von Funktionen: Wiederholung gleicher Berechnungen an mehreren Stellen des Programms vermeiden Abstrahieren: das Was soll berechnet werden? vom Wie soll das geschehen? also die Aufgabe von der Lösung im Detail den Aufruf von der Definition EWS, WS 2016/17 Pfahler I-2

2 Funktionsdefinition FunctDef ::= 'function' FunctName '(' [FormParams] ')' '{' Statement* '' FormParams ::= FormParams ',' FormParam FormParam FormParam ::= VariableName call-by-value VariableName = Literal call-by-value, optional '&' VariableName call-by-reference Statement ::= 'return' [Expression] ';' Es darf keine 2 Funktionsdefinitionen geben, die den gleichen Funktionsnamen definieren. Das heißt insbesondere, dass der Name verschieden von allen Funktionsnamen der Bibliothek sein muss. EWS, WS 2016/17 Pfahler I-3 Funktionen mit und ohne Ergebnis Funktionen ohne Ergebnis werden als Anweisungen aufgerufen. Der Aufruf verursacht in der Regel einen Seiten-Effekt (Veränderung von Werten von Variablen, Ausgabe). Beispiel: prtabellenzelle ("Hallo!"); Funktionen können durch Ausführen einer return-anweisung ein Ergebnis liefern. Dann können ihre Aufrufe als Ausdruck verwendet werden, z. B. function TabellenZelle () { return "<td><b></b></td>"; print TabellenZelle ("Hallo!"); Die Ausführung einer return-anweisung liefert den Wert des Ausdruckes als Ergebnis und beendet die Ausführung des Funktionsrumpfes (auch mitten im Rumpf). Eine return- Anweisung ohne Ausdruck beendet die Ausführung des Funktionsrumpfes ohne Ergebnis. EWS, WS 2016/17 Pfahler I-4

3 Funktionsaufruf Der Aufruf einer Funktion führt die definierte Berechnung aus mit den Parameterwerten, die beim Aufruf angegeben sind. Aufrufe haben die Form: FunctExpr ( [ Parameters ] ) Ein Aufruf wird in folgenden Schritten ausgeführt: FunctExpr auswerten (ist meist nur ein Name), liefert eine Funktion. Aktuelle Parameter an der Aufrufstelle auswerten. Die aktuellen Parameter an die formalen Parameter übergeben Anweisungen aus dem Funktionsrumpf ausführen. Ergebnis an die Aufrufstelle zurückgeben. Parameterübergabe Dafür gibt es verschiedene Mechanismen, z.b. Call-by-value, Call-by-reference. EWS, WS 2016/17 Pfahler I-5 Parameter-Übergabe call-by-value Parameterübergabe: Bezug zwischen aktuellem Parameter im Aufruf und formalem Parameter in der Funktionsdefinition. Call-by-value: wichtigste Art der Parameterübergabe Formaler Parameter: Aktueller Parameter: ist eine Variable, die nur während der Ausführung des Funktionsrumpfes existiert. ist ein Ausdruck. Er wird beim Aufruf ausgewertet. Mit seinem Wert wird der formale Parameter initialisiert. Zuweisungen an den formalen Parameter im Funktionsrumpf wirken sich nicht auf den aktuellen Parameter aus. function fakultät ($n) { $f= 1; while ($n > 1) { $f = $f * $n; $n = $n 1; return $f; $k = 5; print fakultät ($k); print " ist Fakultät von $k\n"; EWS, WS 2016/17 Pfahler I-6

4 Parameter-Übergabe call-by-reference Der formale Parameter ist ein Name für die Speicherstelle des aktuellen Parameter. Sie wird zum Zeitpunkt des Aufrufs bestimmt. Der formale Parameter wird als Referenz definiert: function append (, &$w){ $w = $w. ; Der aktuelle Referenz-Parameter muss eine Speicherstelle haben, d.h. Literale oder Ausdrücke mit Operatoren wie z. B. fakultät($k+1) oder fakultät(4)sind unzulässig. Während der Abarbeitung des Funktionsrumpfes wirkt sich jede Änderung des formalen Parameters unmittelbar auf den aktuellen Parameter aus. Formaler und aktueller Parameter sind im Grunde verschiedene Namen für dieselbe Variable. $command = "Halt, halt, halt"; append("!!!", $command); print $command; // schreibt "Halt, halt, halt!!!" EWS, WS 2016/17 Pfahler I-7 Globale und lokale Variablen Globale Variable: wird durch Benutzung des Namens außerhalb von Funktionsdefinitionen eingeführt. Ihr Name gilt im ganzen Programm; aber in Funktionsrümpfen nur, wenn er dort als global deklariert wird. Sie existiert während der gesamten Ausführung des Programms. Lokale Variable: Wird durch Benutzung des Namens in einer Funktionsdefinition eingeführt. Ihr Name gilt im Rumpf dieser Funktion; er kann mit Namen anderer Variable in anderen Funktionen oder globaler Variable übereinstimmen. Sie existiert jeweils während der Ausführung eines Aufrufes dieser Funktion function namesout () { global $out, $linecnt; $lg = strlen (); fputs($out, ); $linecnt++; $out = fopen ("names","w"); $linecnt = 0; $sum = 0; while (... ) { namesout (...); print $linecnt; fclose ($out); global: $out, $linecnt, $sum lokal in namesout:, $lg EWS, WS 2016/17 Pfahler I-8

5 Bindung von Namen: Gültigkeitsbereiche Namen im Programmtext werden an Objekte der Programmausführung gebunden: Variablenname an Variable mit Speicherstelle Funktionsname an definierte Funktion Gültigkeitsbereich einer Bindung: der Bereich des Programms, in dem ein Name n an das Programmobjekt o gebunden ist. außerhalb des Gültigkeitsbereiches ist n nicht an o, sondern an ein anderes Programmobjekt oder gar nicht gebunden. Eine Bindung entsteht explizit durch eine Definition, die einem Programmobjekt statische Eigenschaften zuordnet, z. B. in PHP: Funktionen und formale Parameter; in C, C++, Java, u.v.a.: Variablen, Funktionen, Typen, Parameter, Marken etc. implizit durch Benutzung des Namens: z. B. in PHP: Variable EWS, WS 2016/17 Pfahler I-9 Gültigkeitsbereiche in PHP-Programmen Art des Namens Gültigkeitsbereich Funktion ganzes Programm Parameter sein Funktionsrumpf lokale Variable ihr Funktionsrumpf globale Variable $x ganzes Programm außer Funktionen ohne global $x function namesout () { global $out, $linecnt; $lg = strlen (); fputs($out, ); $linecnt++; $out = fopen ("names","w"); $linecnt = 0; $sum = 0; $lg = 5; while (... ) { namesout (...); print $linecnt; fclose ($out); $out $linecnt $lg $lg $sum namesout strlen fopen EWS, WS 2016/17 Pfahler I-10

6 Lebensdauer von Variablen Lebensdauer: Zeit, während der eine Variable im Speicher existiert. Art der Variablen Lebensdauer globale Variable gesamte Ausführung des Programms lokale Variable und Parameter einer Funktion Ausführung eines Aufrufs der Funktion Beispielprogramm: function td() { return "<td></td>"; function tr() { return "<tr></tr>"; $i = 3; $s = tr(td($i).td($i*$i)); $i=3; td() td() tr() $s=... Lebensdauer $i "<td>3</td><td>9</td>" "<tr><td>3</td><td>9</td></tr>" $s EWS, WS 2016/17 Pfahler I-11 Rekursive Funktionsaufrufe Rekursiv: auf sich selbst bezogen Rekursive Funktion f : Der Rumpf von f enthält einen Aufruf von f Beispiel: function sum ($n) { if ($n == 0) return 0; else { // der rekursive Aufruf: $tmp = sum($n 1) + n; return $tmp; print "Sum(3) ist :". sum(3); Ausführung: sum(3) = sum(2) + 3 = sum(1) = sum(0) = = 6 Bei der Ausführung des Beispiels gibt es einen Zeitpunkt, an dem 4 Aufrufe von sum gleichzeitig aktiv sind. Speicherorganisation für lokale Variablen. EWS, WS 2016/17 Pfahler I-12

7 Laufzeitkeller Im Speicher werden sog. Schachteln angelegt, die die lokalen Variablen der aufgerufenen Funktionen speichern. Eine Schachtel der Funktion sum: $tmp 6 Die Schachteln werden in Form eines Kellers (englisch: stack) übereinander gestapelt: beim Aufruf einer Funktion kommt eine neue Schachtel auf den Keller (in unseren Zeichnungen unten) Kellern beim Beenden einer Funktion wird die neueste Schachtel entfernt ( last-in-first-out ) (in unseren Zeichnungen die unters te) Entkellern In unseren Skizzen zeigen wir Folgen von Schappschüssen des Kellerzustands. Schnappschüsse werden an folgenden Zeitpunkten t gemacht: unmittelbar nach dem Kellern einer neuen Schachtel, vor der Ausführung der ersten Anweisung der Funktion. unmittelbar vor dem Entkellern einer Schachtel, also nach der Ausführung der letzten Anweisung der Funktion. EWS, WS 2016/17 Pfahler I-13 Laufzeitkeller Alle Schnappschüsse für die Abarbeitung des Aufrufes sum(3): function sum ($n) { if ($n == 0) return 0; else { // der rekursive Aufruf: $tmp = sum($n 1) + n; return $tmp; print "Sum(3) ist :". sum(3); $tmp 6 $tmp 3 Kellern $n 0 $n 0 1 Entkellern t = EWS, WS 2016/17 Pfahler I-14