Benutzerfunktionen Was ist eine Funktion, was ist eine Prozedur?

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1 Was ist eine Funktion, was ist eine Prozedur? Aufbau einer "Prozedur" (d.h. ohne Rückgabewerte) sub FktName (Parameter) {Anweisungsblock sub ausgabe {print "Hallo Welt!" Aufbau einer "Funktion" (d.h. mit Rückgabewerte) sub FktName (Parameter) { Anweisungsblock; return Wert; sub eingabe { chomp($tmp = <STDIN>); return $tmp; Alternatives Beispiel (vermeiden!) sub Pi { 4 * atan2(1,1) print &Pi/2; Ohne 'return' wird meist auch der Ergebniswert zurückgegeben. 76 Grundsätzlich kennen wir bereits vordefinierte Funktionen, wie CHOMP oder PRINT. In einigen Programmiersprachen unterscheidet man zwischen einer Prozedur und einer Funktion (z.b. in Pascal). Wobei beides kleine Unterprogramme sind, die Ihnen helfen, Ihr Programm klarer zu strukturieren. Begrifflich unterscheiden sie sich dadurch, dass eine Funktion einen oder mehrere Rückgabewerte hat, eine Prozedur hingegen nicht. Demnach wäre Chomp eine Funktion und Print eine Prozedur. Wenn eine Prozedur/Funktion globale Variablen verwendet und manipuliert, ohne selbst etwas zurückzugeben, nennt man das Side-effect. Also Nebeneffekt der Funktion ist die Veränderung von globalen Variablen (z.b. Zählern). Da eine Funktionen aber nicht zwingend einen Rückgabewert haben muss, ist die Unterscheidung ohnehin nur von theoretischem Wert. Jede Benutzerfunktion kann Parameter haben (muss aber nicht), also Variablenwerte, die beim Aufruf übergeben werden. Wo eine Benutzerfunktion steht, also am Anfang oder am Ende eines Programms, ist egal. Um nicht abhängig von der verwendeten Programmiersprache zu sein, sollte man Funktionen am Anfang schreiben (für Pascal ein MUSS). Aber vielleicht sehen Sie lieber Ihr Hauptprogramm gleich am Anfang? 76

2 Wie ruft man eine Benutzerfunktion auf? Ohne Rückgabewerte FktName; FktName( ); &FktName; &FktName( ); # Funktion am Programmanfang definiert! # Ort egal; Aufruf ohne Argumente # Ort egal; Referenziert; Aufruf ohne Argumente # Ort egal; Referenziert; Aufruf ohne Argumente sub ausgabe ausgabe; {print "Hallo Welt!" Beispiel mit globaler Variable: sub ausgabe {print $text $text = "Hallo Welt!"; ausgabe(); 77 Eine selbsterstellte Funktion benutzt man genauso, wie jede andere interne Funktion. Schreiben Sie einfach den Namen der Funktion. Allerdings muss man dabei folgendes beachten: wenn Sie keine Parameter beim Aufruf verwenden und deshalb die Klammern hinter dem Funktionsnamen weglassen, muss die Funktion am Anfang des Programms stehen! Andernfalls weiß PERL nicht, was Sie meinen und interpretiert den Funktionsnamen als Bareword (also Text). Sicherer ist es, einfach immer Klammern für Funktionen zu benutzen, auch wenn sie leer sind, weil keine Parameter benötigt werden. Alternativ kann mit dem Präfix & eine Funktion explizit gekennzeichnet werden. Interessant ist, dass eine Funktion jederzeit eine andere Funktion oder sogar sich selbst (Rekursion) aufrufen kann. Man kann also Funktionen beliebig schachteln, solange der Arbeitsspeicher für die Rücksprungadressen ausreicht. Alle Variablen in einem Programm sind normalerweise 'global', d.h. innerhalb der Hauptprozedur (Main) gültig. Das bedeutet, dass jede Funktion auf alle Variablen im Programm zugreifen kann. Wenn Sie in einer Funktion lokale Variablen verwenden möchten, deklarieren Sie sie einfach mit my innerhalb der Funktion. In diesem Fall gilt dann die Variable nur in der Funktion und kann außerhalb auch einen ganz anderen Wert besitzen. Die Verwendung von local statt my wird nicht empfohlen und bleibt Spezialfällen vorbehalten (veraltet). 77

3 Wie ruft man eine Benutzerfunktion auf? Mit Rückgabewerte $Var = = FktName( = &FktName; $Var = &FktName( ); # Funktion am Programmanfang definiert! # Ort egal; Aufruf ohne Argumente # Ort egal; Referenziert; Aufruf ohne Argumente # Ort egal; Referenziert; Aufruf ohne Argumente sub eingabe {chomp($tmp = <STDIN>); return $tmp; $wert = eingabe(); print &eingabe; Beispiel mit Rückgabeliste: sub zerlege = split(/ /, $text); return ($tmp[0], $tmp[1]); $text = "Hallo = zerlege($text); print $rray[0]; #nur die ersten beiden Worte kommen zurück! 78 Die meisten Funktionen schreiben nicht einfach in eine globale Variable, sondern geben statt dessen einen Wert zurück. Sie verhalten sich also selbst wie eine Variable (mit veränderlichem Inhalt). Das geschieht einfach dadurch, dass am Ende der Funktion eine return- Anweisung kommt. Hinter der Return-Anweisung folgen die Rückgabewerte entweder in Form einer Variablen oder einer Liste. Der aufrufende Programmteil muss dann diese Werte weiterverarbeiten oder in einer anderen Variablen speichern. In einigen Fällen kommt es auch vor, dass mehrere return-anweisung vorkommen können, beispielsweise bei einer If-Abfrage. Beachten Sie, dass viele Programme einen Rückgabewert 1 (also true) erwarten, um festzustellen, ob es erfolgreich ausgeführt wurde. Dazu können Sie statt return auch einfach eine 1 in die letzte Zeile schreiben. 78

4 Parameterübergaben mit sub summe { $tmp = 0; foreach {$tmp += $_ return $tmp; $ergebnis = summe(1..10); $ergebnis = summe(15, 20); # = 55 (Rückgabewert) # = 35 (Rückgabewert) Beispiel (mit bestimmter Parameterzahl): sub det { if < 4) {print "zu wenig Parameter!"; return 0 my $det = $_[0] * $_[3] - $_[2] * $_[1]; return $det; $matrix = det(3..6); $fehler = det(15, 20); # 3*6-5*4 = -2 (Rückgabewert) # "zu wenig Parameter!"0 (Rückgabewert) 79 Bevor eine Funktion ein Ergebnis zurück gibt, benötigen viele Funktionen Variablen mit denen das Ergebnis berechnet wird. Statt in globalen Variablen übergibt man der Funktion die Werte in Parametern beim Aufruf. Perl speichert diese Werte in einem eigenen internen Somit können die übergebenen Parameter mit shift, pop oder direkt als skalares Datenelement $_[Index] abgerufen werden. Da Hashes sich wie Arrays darstellen lassen (und letztendlich auch nur spezielle Arrays sind) können selbstverständlich auch Hashes übergeben werden. Die Schlüsselnamen sind dann entweder global vorher bereits definiert oder ein temporärer Hash innerhalb der Funktion übernimmt die Werte. Entscheidend ist, dass immer nur die Inhalte (also Werte) der Variablen nicht aber die Variablen (Speicheradressen) selbst übergeben werden. Falls das erwünscht ist, muss das mit einem Backslash gekennzeichnet werden (mehr dazu später). 79

5 Parameter mit Prototypendeklaration Kein Array-Parameter erlaubt: Ein skalarer Parameter erwartet: Drei skalare Parameter erwartet: Ein skalarer Parameter und zwei weitere optional erwartet: Ein Array-Parameter erwartet: sub FktName( ) {Anweisung sub FktName($) {Anweisung sub FktName($$$) {Anweisung sub FktName($; $$) {Anweisung sub {Anweisung Zwei Parameter erforderlich, beliebig viele weitere sind optional: sub { my $tmp=$_[0]; for {$tmp -= $_[$i] return $tmp; print diff(10,2,3,2,1 ); 80 Wie man im letzten Beispiel sieht, hat man meist das Problem, dass eine Funktion eine bestimmte Anzahl von Parametern erwartet. Das heißt, man muss ständig kontrollieren, ob die richtige Anzahl übergeben wurde. Besser ist es, wenn man die Funktion mit einer Prototypendeklaration versieht. Das sind einfach ein oder mehrere $-Zeichen für Skalare für Listen/ Arrays. Für den Fall, das kein Parameter beim Aufruf erlaubt ist, gibt man hinter dem Funktionsnamen nur leere Klammern an! Wenn zum Beispiel ein Parameter erwartet wird, also ein Dollarzeichen in Klammern angegeben ist und dann der Aufruf ohne Parameter erfolgt, wird eine Fehlermeldung erzeugt und das Programm abgebrochen (not enough arguments). Meist erfolgt diese Fehlermeldung schon beim Kompilieren. Umgekehrt wird hier eine Fehlermeldung auch dann erzeugt, wenn statt einem gleich mehrere Werte übergeben werden (too many arguments). Will man unterschiedliche Anzahl von Argumenten übergeben, kann man die restlichen, d.h. nicht zwingend notwendigen Parameter optional übergeben. Dazu schreibt man nur einen Strichpunkt und dahinter die Anzahl der weiteren möglichen Werte. Für den Fall, dass beliebig viele weitere Parameter möglich sind, kann man hinter einem Strichpunkt auch (Array) schreiben. 80

6 Parameter mit Referenz (Adresse) übergeben Adresse eines skalaren Parameters übergeben: sub FktName( \$ ) {Anweisung Zugriff auf den Inhalt dieser Adresse mit: ${refadr Adresse eines Array-Parameters übergeben: sub FktName( ) {Anweisung Zugriff auf den Inhalt dieser Adresse sub mychop(\$) { my $adr = shift; #übergebene Adresse abholen = split(//, ${$adr); #Inhalt in einzelne Zeichen zerlegen my $rwert = 0; if ($zeichen[$#zeichen] == ";") { #falls letztes Element ein ";" -1, 1); #dann letztes Element entfernen $rwert = 1; #und skalarer Rückgabewert = 1 # (d.h. 1 Zeichen entfernt) ${$adr = #Elemente wieder verbinden zu String return $rwert; #zurück mit Rückgabewert $tmp = "Hallo;"; print mychop($tmp); #Ausgabe: 1 (Rückgabewert) print $tmp; #Ausgabe: Hallo 81 Gelegentlich sind auch Funktionen in Gebrauch, die nicht nur die Werte aus einer Variablen verändern sollen, sondern das Ergebnis auch gleich wieder zurück in die Variable schreiben sollen. Die Funktion Chomp bzw. chop ist so ein Fall. In diesen Fällen übergibt man nicht den Wert einer Variablen (call by value), sondern die Adresse der Variablen (call by reference) als Parameter. Dazu schreibt man einfach einen Backslash vor das Prototypenzeichen: \$ bzw. Will man in der Funktionen dann auf den Inhalt der Variablen (also deren Werte) zugreifen oder sie sogar manipulieren benutzt man die Referenzschreibweise mit geschweiften Klammern (siehe auch: zweidimensionale Arrays). Also gilt für skalare Variableninhalte ${refadr und für Wobei 'refadr' immer die übergebene Adresse ist. Übung: Schreiben Sie ein Programm, das mit einer Benutzerfunktion zwei beliebige, übergebene Arrays in einen Hash zusammenführt. Die Hashadresse kann optional übergeben werden. Wenn angegeben, wird dieser gefüllt. Der Rückgabewert ist das Hasharray, d.h. eine Liste aus (Element von Array1, Element von Array2, usw.). Lösung: 81

7 Rückgabewert unterscheiden mit wantarray 'wantarray' liefert true, falls beim Aufruf ein Listenkontext bestand. if (wantarray) sub mysplit($) { my $var = shift; #übergebenen Skalar holen = split(/ /, $var); #in einzelne Wörter zerlegen my $n #Anzahl der Worte nach = sort {lc($a) cmp lc($b) #alphabetisch sortieren if (wantarray) #falls Listenkontext das Array zurück else {return $n #andernfalls die Anzahl zurück $text = "Das ist nur ein sehr kurzer = mysplit($text); #Ausgabe: Das ein ist kurzer nur sehr Text print $t = mysplit($text); #Ausgabe: Anzahl der Worte = 7 print "Anzahl der Worte = $t\n"; 82 Eine Funktion lässt sich im Listenkontext und im skalaren Kontext aufrufen. Wie Sie wissen, sind die Ergebnisse oft unterschiedlich. Mit der Funktion wantarray kann Perl unterscheiden, was als Rückgabewert gefordert wird. Steht also die Funktion im Listenkontext liefert sie ein true zurück, im skalaren Kontext ein false. 82

8 Rekursiver Aufruf Beispiel Fakultät berechnen rekursiv und iterativ: sub fak1($) { my $n = shift; #falls n>1 nochmal mit (n-1) aufrufen if ($n > 1) {return ($n * fak1($n-1)) return $n; #Rückgabewerte: (5*(4*(3*(2*1)))) sub fak2($) { my $n = shift; my $x = 1; foreach (1..$n) {$x *= $_ #iterativ: viel klarer! return $x; print fak1(5),"\n"; print fak2(5),"\n"; 83 Eine Funktion kann nicht nur andere Funktionen, sondern auch sich selbst aufrufen. Man nennt das Rekursion, im Gegensatz zu Iteration. Rekursive Funktionsaufrufe werden sehr schnell unübersichtlich und sollten daher (wenn überhaupt möglich) vermieden werden. Allerdings sind sie oft unschlagbar schnell. Da Zwischenergebnisse im Speicher abgelegt werden (Stack = Stapelspeicher), ist die Anzahl der rekursiven Aufrufe von der Größe des Arbeitsspeichers abhängig. 83

9 Packages und Module Neue Namensräume für Variablen und Funktionen Ein neuer Namensraum beginnt mit package Namensraum; package myfunctions; my $var = 1; sub f1 {return $var sub f2 {return $var+1 package main; my $var = 5; print myfunctions::f1; #neu definierter Namensraum #globale Variable (= Eigenschaft) #Funktion1 (= Methode1) #Funktion2 (= Methode2) #üblicher Namensraum main #Variable in main #Methode1 benutzen $myfunctions::var = $var; #Eigenschaft $var in myfunctions ändern $n = myfunctions::f2; #Methode2 benutzen print "\t$x\n"; #Ausgabe: Bisher haben wir Benutzerfunktionen im Programmquellcode selbst gespeichert. Das ist natürlich unpraktisch, denn häufig benötigte Funktionen müssten so in jedem Programm neu geschrieben werden. Besser ist es, solche Funktionen oder ganze Sammlungen von Funktionen in einer eigenen Datei zu speichern und sie bei Bedarf einfach zum aktuellen Quellcode dazu zu laden. Solche Sammlungen mit der Dateiendung pm nennt man in Perl Module. Das ist also eine Bibliothek, die man mit use einfach wieder zu einem Quellcode dazu lädt. Es werden tausende von fertigen Modulen für alle möglichen Zwecke meist kostenlos angeboten (z.b. über CPAN). Sie sollten im Perl-Verzeichnis Lib gespeichert werden. In diesen Modulen gibt es meist Packages. Das sind Gültigkeitsbereiche bzw. Namensräume für Variablen und Funktionen. Sie werden mit dem Scope- Operator :: angegeben. In dem immer existierenden Main-Package würde man also zum Beispiel schreiben $main::var um die skalare Variable $var zu benutzen. Variablen dürfen in verschiedenen Namensräumen den gleichen Namen benutzen ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Hinweis: Besonders beim objektorientierten Programmieren werden Sie auf Begriffe wie Methode und Eigenschaften stoßen. Eine Methode ist nur ein anderer Ausdruck für eine Funktion, meist in einem anderen Modul (Objekt) und Namensraum. Eine Eigenschaft ist ein anderer Ausdruck für eine Variable in diesem Namensraum. 84

10 Packages und Module Ein eigenes Modul erzeugen und benutzen Ein neues Perl-Modul zum Programm laden und benutzen mit: use Modulname; Beispiel (als mymatrix.pm in \Perl\lib speichern): package matrizen; sub return ($_[0] * $_[3] - $_[2] * $_[1]) sub $d = 1 / return ($m[3] * $d, -$m[1] * $d, -$m[2] * $d, $m[0] * $d); 1; #damit erkennt Perl das erfolgreiche Laden des Moduls Aufruf-Beispiel das unser Modul benutzt: use = (1, 2, 3, 4); $d = print "Determinante = = print "Inverse Matrix 85 Sie können mehrere Funktionen zu einem Modul zusammenfassen, dass einen gemeinsamen Namensbereich nutzt. Dieses Modul wird einfach mit use Modulname; hinzugefügt. Die darin enthaltenen Funktionen stehen dann ihrem Programm zur Verfügung. Ein bekanntes Beispiel ist das Modul strict oder locale. Damit der Perl-Interpreter das Modul ohne weitere Pfadangabe findet, sollte ein eigenes Modul immer im Perl-Unterverzeichnis \lib stehen. Um die Funktionsweise zu sehen, wird im Beispiel ein Modul mit dem Namen mymatrix.pm erzeugt. Es enthält den Namensraum matrizen, um eventuelle Namenskollisionen von bereits vorhandenen Variablen zu vermeiden (ein neuer Namensraum ist aber nicht zwingend, wenn Sie sich sicher sind). Es enthält eine Funktionen zum Berechnen der Determinante einer 2x2 Matrix und zum Errechnen einer inversen Matrix. Wichtig! Damit Perl erkennen kann, dass das Laden des Moduls erfolgreich war, schreibt man am Ende des Moduls einfach eine 1 (true). Übung: Erweitern Sie das Modul mit einer 2x2-Matrizenmultiplikation. Übergeben Sie dazu zwei Arrays und als Ergebnis erhalten Sie im Listenkontext ein neues Array. Im skalaren Kontext erhalten Sie 1, wenn es die Einheitsmatrix ist und 0, wenn nicht. Lösung: 85

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