C++ - Einführung in die Programmiersprache Funktionen. Leibniz Universität IT Services Anja Aue

Transkript

1 C++ - Einführung in die Programmiersprache Funktionen Leibniz Universität IT Services Anja Aue

2 Subroutine (Unterprogramm) Lösung von Teilen einer Gesamtaufgabe. Kapselung von Anweisungen, die zu einer in sich abgeschlossenen Aufgaben gehören. Beschreibung einer bestimmten Funktionalität mit Hilfe einer Programmiersprache. Strukturierung von großen Programmen. C++ - Einführung Seite 2

3 Parameter und Rückgabewerte Jeder Funktion können Werte übergeben werden. Eine Funktion kann einen Rückgabewert an den Aufrufer zurückgeben. C++ - Einführung Seite 3

4 Aufruf von Subroutinen 4.) main() 1.) sub 01(p01) 2.) sub 02(p01, p02) 3.) C++ - Einführung Seite 4

5 main() int main() { } umrechnung_temperatur(); return 0; Beispiele/_0701_FunktionOhneRueckgabe... C++ - Einführung Seite 5

6 main() Einstiegspunkt in ein C++-Programm. Steuerungszentrale für ein C++-Projekt. In einem C++-Projekt ist diese Funktion nur einmal vorhanden. Hinweis: Bei einer Speicherung eines C++-Projekts auf einen Netzlaufwerk erstellt NetBeans automatisiert diese Funktion zweimal. Wenn das Programm ohne Fehler vollständig durchlaufen wurde, gibt die Funktion den Wert 0 zurück. C++ - Einführung Seite 6

7 Funktionskopf und rumpf int main() Funktionskopf { } umrechnung_temperatur(); return 0; Funktionsrumpf C++ - Einführung Seite 7

8 Aufbau einer Funktion Datentyp Funktionsname ( Parameterliste ) Funktions- kopf { Anweisung; return wert; Funktionsrumpf } C++ - Einführung Seite 8

9 Funktionskopf int main ( p01,, p02,... ) Datentyp Name ( Parameterliste ) Der Datentyp legt den Typ der Funktion und des Rückgabewertes fest. Der Name des Funktionskopfes ist eindeutig. In den runden Klammern folgt dem Funktionsnamen eine Parameterliste. Die Parameterliste kann leer sein. C++ - Einführung Seite 9

10 Bezeichner Namen für Funktionen, Konstanten, Variablen etc. Die Namen sind in ihrem Gültigkeitsbereich eindeutig. Schlüsselwörter der Programmiersprache sind als benutzerdefinierte Namen nicht erlaubt. Unterscheidung zwischen Groß- und Kleinschreibung. Der Name main und Main sind für den Compiler verschiedene Platzhalter. C++ - Einführung Seite 10

11 Erlaubte Zeichen Buchstaben A...Z und a...z. Zahlen Der Unterstrich. C++ - Einführung Seite 11

12 Konventionen Benutzerdefinierte Namen beginnen mit einem Buchstaben. Namen, die mit einem Unterstrich beginnen, werden für Bezeichnungen aus dem Standard von C++, den zugelassenen Bibliothekten und Makronamen genutzt. Leerzeichen werden durch Unterstriche ersetzt. Zum Beispiel celsius_to_fahrenheit. Namen, die nur aus Großbuchstaben und Unterstrichen bestehen, sind Makros oder Konstanten vorbehalten. C++ - Einführung Seite 12

13 Konventionen für Funktionen Funktionen, die mit is beginnen, liefern einen boolschen Wert zurück. Zum Beispiel is_integer überprüft, ob der übergebene Parameter ein Integer ist. Funktionen, die mit set beginnen, setzen eine Variable. Funktionen, die mit get beginnen, liefern einen beliebigen Wert zurück. C++ - Einführung Seite 13

14 Funktionsrumpf Beginn und Ende mit dem geschweiften Klammern. Kapselung von Anweisungen. In einem Funktionsrumpf kann eine Funktion aufgerufen, aber nicht definiert werden. C++ - Einführung Seite 14

15 Funktion ohne Rückgabewert void umrechnung_temperatur(){ char einheit; double temperatur; double umrechnung; Beispiele/_0701_FunktionOhneRueckgabe... } cout << "Wert in Celsius: "; cin >> temperatur; cout << "\numrechnung in C-elsius, F-ahrenheit, K-elvin "; cin >> einheit; switch(einheit){ case 'F': umrechnung = celsius_to_fahrenheit(temperatur); break; default: cout << "\ndie Einheit ist nicht bekannt."; } cout << "\numrechnung von Celsius nach " << einheit << ": " << umrechnung; C++ - Einführung Seite 15

16 Nutzung Die Funktion verändert keine Daten. Die Funktion gibt die Parameter am Bildschirm aus oder schreibt diese in eine Datei. C++ - Einführung Seite 16

17 Funktionskopf void umrechnung ( p01,, p02,... ) Datentyp Name ( Parameterliste ) Der Datentyp void kennzeichnet Funktionen, die keinen Rückgabewert an den Aufrufer zurück geben. C++ - Einführung Seite 17

18 Parameterliste im Funktionskopf void umrechnung_temperatur ( p01 ) void umrechnung_temperatur ( p01 char e, double t ) Datentyp Name ( Parameterliste ) Beginn und Ende mit Hillfe der runden Klammern. Eine Parameterliste kann leer sein. C++ - Einführung Seite 18

19 Parameter im Funktionskopf void umrechnung_temperatur ( p01 char e, double t ) Datentyp Name ( p01 typ var, typ var ) Die Parameter werden durch Kommata in der Parameterliste getrennt. Jeder Parameter setzt sich aus einem Datentyp und den Namen des Parameters zusammen. Die Parameter sind nur in dem dazugehörigen Funktionsrumpf definiert. Eine Parameterliste kann beliebig viele Parameter haben. C++ - Einführung Seite 19

20 Aufruf einer Funktion ohne Rückgabewert umrechnungtemmperatur(); void umrechnung_temperatur ( p01 ) Jede Funktion wird mit Hilfe ihres Namens aufgerufen. Der Name ist ein eindeutiger Platzhalter für die Funktion. Dem Namen folgt die Parameterliste. Die Parameterliste beim Aufruf entspricht der Liste im Funktionskopf. C++ - Einführung Seite 20

21 Keine Übergabe von Parametern umrechnung_temperatur ( p01 ) ; void umrechnung_temperatur ( p01 ) Die Parameterliste im Funktionskopf ist leer. Die Parameterliste beim Aufruf ist leer. C++ - Einführung Seite 21

22 Übergabe von Parametern umrechnung_temperatur ( p01 'f', ) ; void umrechnung_temperatur ( p01 char e, double t ) Für jeden Parameter der Parameterliste im Funktionskopf wird ein Wert übergeben. Die Parameter des Aufrufs werden von links nach rechts dem Parameter im Funktionskopf zugeordnet. Der Parameter im Funktionskopf und der Wert im Aufruf sollten den gleichen Datentypen haben. C++ - Einführung Seite 22

23 Funktion mit Rückgabewert double celsius_to_fahrenheit(double temperatur) { double fahrenheit = 0; fahrenheit = temperatur * ; return fahrenheit; } Beispiele/_0702_FunktionMitRueckgabe... C++ - Einführung Seite 23

24 Nutzung Daten werden vom Bildschirm oder einer Datei eingelesen und in anderen Funktion weiterverarbeitet. Die Parameter werden durch eine Berechnung etc. verändert. C++ - Einführung Seite 24

25 Funktionskopf double celsius_to_fahrenheit ( p01, p02,... ) Datentyp Name ( Parameterliste ) Die Funktion ist vom Datentyp... Die Funktion gibt einen Wert an den Aufrufer von einem bestimmten Datentyp zurück. C++ - Einführung Seite 25

26 Rückgabewert double celsius_to_fahrenheit(double temperatur) { } return fahrenheit; Das Schlüsselwort return liefert einen Wert an den Aufrufer zurück. Der Wert entspricht dem Datentyp der Funktion oder kann in diesen konvertiert werden. Funktionen können immer nur ein Wert zurückliefern. Ein Array von Werten ist nicht möglich. C++ - Einführung Seite 26

27 Berechnung eines Rückgabewertes double celsius_to_kelvin(double temperatur) { return (temperatur + 273); } Beispiele/_0702_FunktionMitRueckgabe... Der Rückgabewert kann mit Hilfe eines Ausdrucks berechnet werden. Im ersten Schritt wird der Ausdruck ausgewertet. Das Ergebnis der Auswertung wird an den Aufrufer zurückgegeben. Der Ausdruck wird geklammert. C++ - Einführung Seite 27

28 return in Abhängigkeit einer Bedingung Beispiele/_0702_FunktionMitRueckgabe... switch(einheit){ case 'C': return temperatur; case 'K': umrechnung = celsius_to_kelvin(temperatur); return umrechnung; case 'F': umrechnung = celsius_to_fahrenheit(temperatur); return umrechnung; default: cout << "\ndie Einheit ist nicht bekannt."; return 0; } C++ - Einführung Seite 28

29 Datenstrukturen als Rückgabewert struct umfrage{ char geschlecht; int alter; }; Beispiele/_0702_FunktionStruktur... umfrage setumfrageergebnis(){ umfrage proband; } cout << "Bitte geben Sie das Geschlecht ein: "; cin >> proband.geschlecht; return proband; C++ - Einführung Seite 29

30 Hinweis Eine Anweisung return kann einer beliebigen Position in einer Funktion stehen. Eine Anweisung return beendet die Funktion. C++ - Einführung Seite 30

31 Aufruf einer Funktion variable = celsius_to_fahrenheit(...); 1.) n.) double celsius_to_fahrenheit (... { } return wert; ) C++ - Einführung Seite 31

32 Übergabe von Werten an die Funktion umrechnung_temperatur ( p01 'f', ) ; void umrechnung_temperatur ( p01 char e, double t ) Beim Aufruf einer Funktion wird in diesem Beispiel den Parameter ein Wert übergeben. Die Parameter des Aufrufs werden von links nach rechts dem Parameter im Funktionskopf zugeordnet. C++ - Einführung Seite 32

33 call by Value Der Wert der zu übergebenen Variablen wird beim Aufruf C f char double in den dazugehörigen Parameter gespeichert C f char double C++ - Einführung Seite 33

34 Erläuterung Der Wert einer Variablen, einer Konstanten oder eines berechneten Ausdrucks wird an ein Parameter im Funktionskopf übergeben. Der Wert der Quelle und der Wert des Parameters / des Ziels werden an unterschiedlichen Stellen im Speicher abgelegt. Die Quelle kann durch die Funktion nicht verändert werden. Der Wert der Quelle ist schreibgeschützt. Nur der Wert im Parameter kann durch die Anweisungen im dazugehörigen Funktionsrumpf verändert werden. C++ - Einführung Seite 34

35 Übergabe des Wertes C f umrechnung_temperatur ( p01 'f', ) ; void umrechnung_temperatur ( p01 char e, double t ) C f C++ - Einführung Seite 35

36 Übergabe von Adressen an die Funktion celsius_to_kelvin ( &temperatur ) ; void celsius_to_kelvin ( p01 double *temperatur ) Beim Aufruf einer Funktion wird in diesem Beispiel den Parameter eine Speicheradresse, an der ein Wert liegt, übergeben. Die Parameter des Aufrufs werden von links nach rechts dem Parameter im Funktionskopf zugeordnet. C++ - Einführung Seite 36

37 call by reference Die Adresse der zu übergebenen Variable im Speicher C f char double wird an den dazugehörigen Parametern übergeben C C *char *double C++ - Einführung Seite 37

38 Erläuterung Der Wert einer Variablen, einer Konstanten oder eines berechneten Ausdrucks wird an einer Speicherstelle abgelegt. An den Parameter wird ein Verweis auf den Beginn des Speicherbereichs der Quelle übergeben Die Quelle sowohl als auch der Zielparameter greifen auf die gleiche Stelle im Speicher zu. Aufrufer sowohl als auch die Anweisungen im dazugehörigen Funktionsrumpf können den Wert an der Position im Speicher ändern. C++ - Einführung Seite 38

39 Übergabe von Speicheradressen celsius_to_kelvin ( &temperatur ) ; void celsius_to_kelvin ( p01 double *temperatur ) C++ - Einführung Seite 39

40 Beispiel Beispiele/_0703_FunktionCallByReference_Zeiger... void celsius_to_kelvin(double *temperatur){ *temperatur = *temperatur + 273; } double umrechnung_temperatur(char einheit, double temperatur){ switch(einheit) { case 'K': case 'k': celsius_to_kelvin(&temperatur); break; C++ - Einführung Seite 40

41 Nutzung von konstanten Zeigern struct umfrage{ double gewicht; double groesse; }; double bodymassindex(const umfrage *ptrproband){ double bmi = 0; Beispiele/_0702_FunktionStruktur... } bmi = ptrproband->groesse * ptrproband->groesse; return bmi; int main(){ umfrage proband; cout << "\nbmi: " << bodymassindex(&proband); C++ - Einführung Seite 41

42 Nutzung von Referenzen Beispiele/_0703_FunktionCallByReference_Referenz... void celsius_to_kelvin(double &temperatur) { temperatur = temperatur + 273; } double umrechnung_temperatur(char einheit, double temperatur){ switch(einheit) { case 'K': case 'k': celsius_to_kelvin(temperatur); break; C++ - Einführung Seite 42

43 Lebensdauer einer Variablen Wie lange existiert eine Variable? Die Lebensdauer kann sich auf das Modul (die Datei), die Funktion oder einen Anweisungsblock beziehen. Bei der Geburt wird Speicher für die Variable reserviert, der beim Tod freigegeben wird. C++ - Einführung Seite 43

44 Globale Variablen const char close = 'q'; const char newline = '\n'; int main() { } return 0; Beispiele/_0703_Funktion_Variable_Gueltigkeit... C++ - Einführung Seite 44

45 Erläuterung Globale Variablen sind für das Modul (die Datei), in der sie deklariert sind, gültig. Konstanten, die im gesamten Programm benötigt werden, werden global am Anfang der Datei deklariert. Auf globale Variablen sollte verzichtet werden. C++ - Einführung Seite 45

46 Lokale Variablen in einer Funktion Beispiele/_0703_Funktion_Variable_Gueltigkeit... int main() { char zeichen; int wert; } do { cout << "\nbitte geben Sie einen Wert ein: "; cin >> wert; cout << "\nmöchten Sie einen weiteren Wert einlesen (q quit)?"; cin >> zeichen; }while(zeichen!= close); return 0; C++ - Einführung Seite 46

47 Lokale Variablen in einem Anweisungsblock int main() { char zeichen; int wert; Beispiele/_0703_Funktion_Variable_Gueltigkeit... do{ cout << "\nbitte geben Sie einen Wert ein: "; cin >> wert; for(int lzahl = 1; lzahl <= wert; lzahl++ ){ for(int rzahl = 1; rzahl <= wert; rzahl++) { cout << (lzahl * rzahl); } } C++ - Einführung Seite 47

48 Lokale Variablen Lokale Variablen sind in der Funktion oder den Anweisungsblock gültig, in der sie deklariert sind. Ein Block beginnt und endet mit den geschweiften Klammern. Variablen, die in einem Block definiert sind, sind auch nur in diesem Block gültig. Sobald der Block beim Durchlauf des Programms betreten wird, wird Speicherplatz für die Variable bereitgestellt. Sobald der Block verlassen wird, wird der Speicherplatz wieder freigegeben. Ein Zugriff auf die Variable ist nicht möglich. C++ - Einführung Seite 48

49 Sichtbarkeit einer Variablen Wann ist ein Zugriff auf die Variable möglich? In welchen Bereich kann der Inhalt / den Wert der Variablen gelesen und verändert werden? Globale Variablen können von lokalen Variablen gleichen Namens überdeckt werden. C++ - Einführung Seite 49

50 Überdeckung einer globalen Variablen double radius = 10; Beispiele/_0703_Funktion_Variable_Sichtbarkeit... int main() { double radius; } cout << "\n Bitte geben Sie einen Radius ein: "; cin >> radius; cout << "\n Der Kreisradius (lokal) beträgt: " << radius; cout << "\n Der Kreisradius (global) beträgt: " << ::radius; return 0; C++ - Einführung Seite 50

51 Gültigkeit der Variable... radius ::radius function.() function.() Modul main() Modul main() C++ - Einführung Seite 51

52 Sichtbarkeit der Variable... radius ::radius function.() function.() Modul main() Modul main() C++ - Einführung Seite 52

53 Zugriff auf die überdeckte globale Variable :: global ; Mit Hilfe des Gültigkeitsoperators kann auf die globale Variable innerhalb der Funktion zugriffen werden. Der Gültigkeitsoperator besteht aus zwei Doppelpunkten, C++ - Einführung Seite 53

54 Statische Variable int addition(int neuwert){ static int summe = 0; Beispiele/_0703_Funktion_Variable_Static.. } summe = summe + neuwert; return summe; int main() { int summe = 0; for(int wert = 1; wert <= 10; wert++){ summe = addition(wert); } C++ - Einführung Seite 54

55 Erläuterung Statische Variablen sind in der Funktion oder den Anweisungsblock gültig, in der sie deklariert sind. Sobald der Block beim Durchlauf des Programms betreten wird, wird Speicherplatz für die statische Variable bereitgestellt. Sobald der Block verlassen wird, wird der Speicherplatz bei einer statischen Variablen nicht freigegeben. Beim nächsten Aufruf der Funktion ist ein Zugriff auf den gültigen Wert möglich. Sobald das Modul verlassen wird, wird der Speicherplatz für eine statische Variable freigegeben. C++ - Einführung Seite 55

56 Deklaration static int summe ; static Datentyp Name ; Eine Deklaration von statischen Variablen steht immer am Anfang eines Anweisungsblockes. Die Deklaration beginnt mit dem Schlüsselwort static. Der Datentyp legt die Art des zu speichernden Wertes und den benötigten Speicherplatz fest. Der Name der Variablen ist frei wählbar. C++ - Einführung Seite 56

57 Initialisierung static int summe = 0 ; static Datentyp Name = wert ; Sobald für eine Variable Speicherplatz reserviert wird, wird der Bereich mit einem x beliebigen Wert initialisiert. Um Fehler zu vermeiden, sollten statische Variablen wie Konstanten immer gleichzeitig deklariert und initialisiert werden. C++ - Einführung Seite 57