Grundlagen der Informatik 8. Funktionen I

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1 8. Funktionen I Motivation Grundlagen Parameterübergabe Struktogramme Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 1

2 Motivation Funktionen sind Mittel der Programmstrukturierung Modularisierung Aufteilung in überschaubare Einheiten (Module) sind austauschbar klare und einfache Schnittstellen bessere Aufteilung von Aufgaben auf mehrere Entwickler Abstraktion Implementierungdetails werden verborgen Lösung wird schrittweise verfeinert Mehrfachverwendung desselben Codeblocks Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 2

3 Grundlagen Funktion return_type name(type1 param1, type2 param2,...); Eine Funktion führt einen Operationsblock aus Eingabedaten: Parameterliste Ausgabedaten: Rückgabewert Beispiele: void donothing(); // nothing returned, no parameters int getnumber(); // int returned, no parameters double calculatesquareroot(double d); // double returned, double as parameter int sum(int a, int b); // int returned, 2 int parameters void printtext(string strtext); // nothing returned, string as parameter void main(); // nothing returned, no parameters Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 3

4 Grundlagen Funktionsblock Fakultätberechnung return_type name(type1 param1, type2 param2,...) {... return...; int imin = 1, imax = 9; int inumber = imin; while (inumber <= imax) { // for all numbers in range unsigned long ulfactorial = 1; int icounter = 1; while (icounter <= inumber) { // calculate factorial ulfactorial = ulfactorial * icounter; ++icounter; cout << "Factorial(" << inumber << ") = " << ulfactorial << endl; ++inumber; // prepare next number Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 4

5 Fakultätberechnung Grundlagen int imin = 1, imax = 9; int inumber = imin; while (inumber <= imax) { // for all numbers in range unsigned long ulfactorial = 1; int icounter = 1; while (icounter <= inumber) { // calculate factorial ulfactorial = ulfactorial * icounter; ++icounter; cout << "Factorial(" << inumber << ") = " << ulfactorial << endl; ++inumber; // prepare next number Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 5

6 Fakultätberechnung Grundlagen Deklaration, Funktionsprototyp // function declarations unsigned long factorial(int i); int imin = 1, imax = 9; int inumber = imin; while (inumber <= imax) { // for all numbers in range cout << "Factorial(" << inumber << ") = " << factorial(inumber) << endl; ++inumber; // prepare next number Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 6

7 Fakultätberechnung // function declarations unsigned long factorial(int i); Grundlagen formale Parameter int imin = 1, imax = 9; int inumber = imin; while (inumber <= imax) { // for all numbers in range cout << "Factorial(" << inumber << ") = " << factorial(inumber) << endl; ++inumber; // prepare next number Funktionsdefinition, Funktionsblock // function blocks unsigned long factorial(int i) { unsigned long ulfactorial = 1; int icounter = 1; while (icounter <= i) { // calculate factorial ulfactorial = ulfactorial * icounter; ++icounter; return ulfactorial; aktuelle Parameter Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 7

8 Fakultätberechnung // function declarations unsigned long factorial(int i); Grundlagen int imin = 1, imax = 9; int inumber = imin; while (inumber <= imax) { // for all numbers in range cout << "Factorial(" << inumber << ") = " << factorial(inumber) << endl; ++inumber; // prepare next number // function blocks unsigned long factorial(int i) { unsigned long ulfactorial = 1; int icounter = 1; while (icounter <= i) { // calculate factorial ulfactorial = ulfactorial * icounter; ++icounter; return ulfactorial; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 8

9 Potenzberechnung int ipower=0; double dnr=0, dresult = 1; // input cout << "Input number and power:"; cin >> dnr >> ipower; // calculate power int ipowertemp = ipower; while (ipowertemp > 0) { dresult = dresult*dnr; --ipowertemp; Grundlagen Input number and power:3 4 3 pow 4 = 81 Erfordert Anpassung Input number and power: pow 3 = -64 // output cout << dnr << " pow " << ipower << " = " << dresult << endl; Input number and power:5 0 5 pow 0 = 1 Input number and power:2-1 2 pow -1 = 1 Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 9

10 Potenzberechnung Grundlagen double power(double dnumber, int ipower) { if (ipower == 0) return 1; // x^0=1 else if (dnumber == 0) return 0; // preventing special case 1/0 double dresult = 1; while (ipower!= 0) if (ipower > 0) { dresult *= dnumber; --ipower; else { dresult /= dnumber; ++ipower; return dresult; int ipower=0; double dnr=0; cout << "Input number and power:"; cin >> dnr >> ipower; cout << dnr << " pow " << ipower << " = " << power(dnr,ipower) << endl; Input number and power:3 4 3 pow 4 = 81 Input number and power: pow 3 = -64 Input number and power:5 0 5 pow 0 = 1 Input number and power:2-1 2 pow -1 = 0.5 Input number and power:0 0 0 pow 0 = 1 Input number and power:0-3 0 pow -3 = 0 Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 10

11 Hinweise Grundlagen der Informatik Grundlagen Visual Studio im Debug Modus: mit F11 (Einzelschritt) in Funktion gehen mit Umschalt+F11 aus der Funktion gehen Parameter einer Funktion müssen immer genauso an eine Funktion übergeben werden wie deklariert void func(int i, string str){...;... func(inumber, strtext); // OK func(inumber); // Fehler func(strtext); // Fehler Der Typ der Funktion entspricht dem return-typ Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 11

12 Hinweise Grundlagen der Informatik Grundlagen Üblicherweise ist jede Funktion in einer eigenen Datei Beispiel: Wurzelberechnung main.cpp die "void main()" Funktion squareroot.cpp die "double sqrt(double d)" Funktion Nach dem Kompilieren setzt ein sogenannter "Linker" die Dateien zu einer ".exe" Datei zusammen... double sqrt(double d);... main.cpp double sqrt(double d) {... squareroot.cpp Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 12

13 Parameterübergabe Gültigkeitsbereich von Namen (z.b. Variablen) Namen sind erst nach der Deklaration und nur in dem Block gültig, in dem sie deklariert wurden Namen sind somit innerhalb ihres Blocks "lokal" Namen sind gültig für alle inneren Blöcke, die im lokalen Block liegen, in dem die Namen deklariert wurden x ist lokal für Block A Block B ist innerer Block von Block A x ist gültig für den inneren Block B { // Block A x = 4; int x; x = 5; { // Block B x = 6; // ungültig // gültig // gültig Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 13

14 Parameterübergabe Sichtbarkeit von Namen (z.b. Variablen) Sichtbarkeit eines Namens wird eingeschränkt durch Deklarationen von gleichen Namen im inneren Block Der Name aus dem äußeren Block wird verdeckt x ist jetzt sichtbar in A und in B ab hier gibt es 2 Variablen x, die ursprüngliche x (=5) aus Block A ist in B nicht mehr sichtbar { // Block A int x = 5; { // Block B int x = 6; ab hier gibt es den inneren x (=6) nicht mehr, der ursprüngliche x (=5) ist wieder sichtbar Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 14

15 Parameterübergabe Gültigkeit und Sichtbarkeit in Funktionen In der Funktion deklarierte Namen sind funktionslokal Beim Aufrufer der Funktion sind diese Namen nicht bekannt Funktionsparameter werden im Funktionsblock als funktionslokale Variablen behandelt Funktionsblock ist kein innerer Block des Aufrufers int increment(int i) { return i+1; int j = 3; j = func(j); i ist in increment gültig und sichtbar, aber nicht in main j ist in increment ungültig und unsichtbar Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 15

16 Parameterübergabe Parameterübergabemechanismen in C++ Wertübergabe (call by value) Bei der Übergabe des Parameters wird der Wert kopiert Ausdrücke können als Parameter übergeben werden Änderungen am Parameter sind beim Aufrufer nicht sichtbar Adressübergabe (call by reference) Speicheradresse der Variable wird als Parameter übergeben Ausdrücke haben keine Adressen und können nicht genutzt werden Änderungen am Parameter sind beim Aufrufer sichtbar Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 16

17 Parameterübergabe Wertübergabe (call by value) Parameter in der Funktion ist eine unabhängige neue Variable mit eigenem Speicherplatz void oneup(int i) { i = i+1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; int i = 1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; oneup(i); cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; i (0042FC84) = 1 i (0042FBB0) = 2 i (0042FC84) = 1 Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 17

18 Parameterübergabe Wertübergabe (call by value) Vorteil: Parametervariablen können in der Funktion bedenkenlos geändert werden void printchecksum(unsigned int uinumber) { cout << "checksum(" << uinumber << ") = "; unsigned int uiresult = 0; while(uinumber) { uiresult += uinumber%10; uinumber /= 10; cout << uiresult << endl; int inr = 123; printchecksum(inr); cout << "...inr = " << inr << endl; printchecksum(6*8); printchecksum(sizeof(double)); checksum(123) = 6...iNr = 123 checksum(48) = 12 checksum(8) = 8 Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 18

19 Parameterübergabe Adressübergabe (call by reference) Zur Erinnerung: eine Referenz ist eine stellvertretende Alias-Variable für eine andere Variable und zeigt auf den gleichen Speicherplatz [002FF744] = 123 [002FF744] = 123 int inumber = 123; int& iothername = inumber; cout << "[" << &inumber << "] = " << inumber << endl; cout << "[" << &iothername << "] = " << iothername << endl; Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 19

20 Parameterübergabe Adressübergabe (call by reference) Funktionsparameter sind Referenzen, es wird also nicht der Wert kopiert, sondern die Adresse Wertübergabe void oneup(int i) { i = i+1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; int i = 1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; oneup(i); cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; i (0042FC84) = 1 i (0042FBB0) = 2 i (0042FC84) = 1 Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 20

21 Parameterübergabe Adressübergabe (call by reference) Funktionsparameter sind Referenzen, es wird also nicht der Wert kopiert, sondern die Adresse Adressübergabe void oneup(int& i) { i = i+1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; int i = 1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; oneup(i); cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; i (0042FC84) = 1 i (0042FC84) = 2 i (0042FC84) = 2 Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 21

22 Parameterübergabe Adressübergabe (call by reference) Es können keine Ausdrücke oder Literalen als Parameter übergeben werden, da diese keine Adresse haben Vorteil: bessere Effizienz (Wiederverwendung von Speicher) void oneup(int& i) { i = i+1; cout << "i (" << &i << ") = " << i << endl; int i = 1; oneup(i); oneup(i+3); oneup(123); // OK // Compile error // Compile error Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 22

23 Struktogramme Beispiel Sortieren: jede Funktion kann in ein eigenes Struktogramm ausgelagert werden double getmin(double d1, double d2) { return (d1 > d2)? d2 : d1; double getmax(double d1, double d2) { return (d1 > d2)? d1 : d2; void sort( double d1, double d2, double d3, double& dmin, double& dmid, double& dmax) { dmax = getmax(d1,getmax(d2,d3)); dmin = getmin(d1,getmin(d2,d3)); if (d1!= dmax && d1!= dmin) dmid = d1; else if (d2!= dmax && d2!= dmin) dmid = d2; else dmid = d3; double a=0,b=0,c=0, x=0,y=0,z=0; cout << "input 3 numbers: "; cin >> a >> b >> c; sort(a,b,c,x,y,z); cout << "[" << a << "," << b << "," << c << "] => " << "[" << x << "," << y << "," << z << "]" << endl; input 3 numbers: [5,8,-3.4] >= [-3.4,5,8] Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 23

24 Struktogramme Grundlagen der Informatik (Alex Rempel) 24