Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине: Структуры и алгоритмы обработки данных
на тему: Процедуры, функции их описание и использование
Южно-Сахалинск
Введение
Задачей курсовой работы является наглядно представить использование собственных процедур и функций, их создание, описание и применение, а так же написать программу, использующую их. Для реализации программы требуется использовать интегрированную среду разработки Borland Delphi 7.
Процедуры и функции неотъемлемая часть создания программ, так как они играют большую роль в программировании, как в Delphi так и в C++. В процедуре может содержаться полноценная программа, входящая в состав основного приложения, поэтому их иногда называют "подпрограммы", благодаря им можно заменить множество строк кода решения одной определенной задачи на одну процедуру либо функцию, вызываемую во многих местах основного кода. Для хранения собственных процедур и функций можно создать заголовочный файл, и позже подключать его при необходимости.
Цель работы - изучить принципы работы процедур и функций. В проекте предполагается реализовать некоторые собственные процедуры и функции и описать работу стандартных.
Разрабатываемая система выполняет следующие функции:
. Вычисляет факториал,
. Производит сортировку десяти произвольных чисел,
. Решает квадратное уравнение,
Для разработки приложения используются следующие программные инструменты:
1. среда разработки Borland Delphi,
2. библиотека классов VCL (Visual Component Library),
3. функции интерфейса прикладного программирования операционной системы Windows (Win32 API).
Теоретическое описание
|
|
Заголовок процедуры имеет вид:
PROCEDURE <имя> [(<сп.ф.п.>)];
Заголовок функции:
FUNCTION <имя> [(<сп.ф.п.>)]: <тип>;
Здесь <имя> - имя подпрограммы (правильный идентификатор);
сп.ф.п.> - список формальных параметров; <тип> - тип возвращаемого функцией результата.
Нужно заметить что при задании собственного заголовка, совпадающего с уже имеющимся, стандартным, заголовком, и при вызове данной функции будет выполнятся собственная функция, а стандартная игнорироваться.
Параметры
Список формальных параметров необязателен и может отсутствовать. Если же он есть, то в нем должны быть перечислены имена формальных параметров и их типы, например:
Procedure SB(a: Real; b: Integer; с: Char);
Как видно из примера, параметры в списке отделяются друг от друга точками с запятой. Несколько следующих подряд однотипных параметров можно объединять в подсписки, например, вместо
Function F(a: Real; b: Real): Real;
можно написать проще: F(a,b: Real): Real;
Операторы тела подпрограммы рассматривают список формальных параметров как своеобразное расширение раздела описаний:
все переменные из этого списка могут использоваться в любых выражениях внутри подпрограммы. Таким способом осуществляется настройка алгоритма подпрограммы на конкретную задачу.
Рассмотрим такой полезный пример. В Object Pascal не предусмотрена операция возведения вещественного числа в произвольную степень[ Начиная с версии 2 с Delphi поставляется модуль Match, в котором есть соответствующая функция. ]. Тем не менее эту задачу можно решить с использованием стандартных математических функций Ехр и Ln по следующему алгоритму:
|
|
X Y = e (Y*Ln(X))
Создадим функцию с именем Power и двумя вещественными параметрами а и в, которая будет возвращать результат возведения "a" в степень" b". Обработчик события bbRunСlick учебной формы fmExampie читает из компонента edInput текст и пытается выделить из него два числа, разделенных хотя бы одним пробелом. Если это удалось сделать, он обращается к функции Power дважды: сначала возводит первое число х в степень второго числа y, затем х возводится в степень -y.
Листинг 1. Пример использования функции для возведения 
procedure TfmExample.bbRunClick(Sender: TObject); Power(A, B: Real): Real;
{Функция возводит число А в степень В. Поскольку логарифм отрицательного числа не существует, реализуется проверка значения А: отрицательное значение заменяется на положительное, для нулевого числа результат равен нулю. Кроме того, любое число в нулевой степени дает единицу.} begin
if А > 0 then
Result:= Ехр(В * Ln(A)) else if A < 0 then:= Ехр(В * Ln(Abs(A))) else if В = 0 then:= 1 else:= 0;; // Power var: String;, Y: Real; begin
{Читаем строку из edinput и выделяем из нее два вещественных числа, разделенных хотя бы одним пробелом.} S:= edinput.Text; (S = '') or (pos(' ',S) = 0) then; // Нет текста или в нем нет пробела - прекращаем дальнейшую работу
// Выделяем первое число::= StrToFloat(copy(S, I, pos(' ', S) - 1));
// Если успешно, удаляем символы до пробела // и выделяем второе число:
Delete (S, 1, pos (' ', S));:= StrToFloat(Trim(S));
except Exit; // Завершаем работу при ошибке преобразования
end;.Lines.Add(FloatToStr(Power(X, Y)));.Lines.Add(FloatToStr(Power(X, -Y)));;
Для вызова функции Power она просто указывается в качестве параметра при обращении к стандартной функции преобразования вещественного числа в строку FloatToStr. Параметры х и y в момент обращения к функции Power - это фактические параметры. Они подставляются вместо формальных параметров а и в в заголовке функции, и затем над ними осуществляются нужные действия. Полученный результат присваивается специальной переменной с именем Re-suit, которая в теле любой функции интерпретируется как то значение, которое вернет функция после окончания своей работы. В программе функция Power вызывается дважды - сначала с параметрами х и y, а затем х и -y, поэтому будут получены два разных результата.
|
|
Механизм замены формальных параметров на фактические позволяет нужным образом настроить алгоритм, реализованный в подпрограмме. Object Pascal следит за тем, чтобы количество и типы формальных параметров строго соответствовали количеству и типам фактических параметров в момент обращения к подпрограмме. Смысл используемых фактических параметров зависит от того, в каком порядке они перечислены при вызове подпрограммы. В нашем примере первый по порядку фактический параметр будет возводиться в степень, задаваемую вторым параметром, а не наоборот. Программист должен сам следить за правильным порядком перечисления фактических параметров при обращении к подпрограмме.
Любой из формальных параметров подпрограммы может быть либо параметром-значением, либо параметром-переменной, либо, наконец, параметром-константой.
В предыдущем примере параметры а и в определены как параметры-значения. Если параметры определяются как параметры-переменные, перед ними необходимо ставить зарезервированное слово var, а если это параметры-константы - слово const, например:
Procedure MyProcedure(var A: Real; В: Real; const C: String);
Здесь A - параметр-переменная, B - параметр-значение, а C - параметр-константа.
Определение формального параметра тем или иным способом существенно в основном только для вызывающей программы: если формальный параметр объявлен как параметр-переменная, то при вызове подпрограммы ему должен соответствовать фактический параметр в виде переменной нужного типа; если формальный параметр объявлен как параметр-значение или параметр-константа, то при вызове ему может соответствовать произвольное выражение. Контроль за неукоснительным соблюдением этого правила осуществляется компилятором Object Pascal. Если бы для предыдущего примера был использован такой заголовок функции:
Function Power (A: Real; var В: Real): Real;
то при втором обращении к функции компилятор указал бы на несоответствие типа фактических и формальных параметров (параметр обращения -Y есть выражение, в то время как соответствующий ему формальный параметр B описан как параметр-переменная).
Для того чтобы понять, в каких случаях использовать тот или иной тип параметров, рассмотрим, как осуществляется замена формальных параметров на фактические в момент обращения к подпрограмме.
Если параметр определен как параметр-значение, то перед вызовом подпрограммы это значение вычисляется, полученный результат копируется во временную память (стек) и передается подпрограмме. Важно учесть, что даже если в качестве фактического параметра указано простейшее выражение в виде переменной или константы, все равно подпрограмме будет передана лишь копия переменной (константы). Любые возможные изменения в подпрограмме параметра-значения никак не воспринимаются вызывающей программой, так как в этом случае изменяется копия фактического параметра.
Если параметр определен как параметр-переменная, то при вызове подпрограммы передается сама переменная, а не ее копия (фактически в этом случае подпрограмме передается адрес переменной). Изменение параметра-переменной приводит к изменению фактического параметра в вызывающей программе. процедура функция параметр массив
В случае параметра-константы в подпрограмму также передается адрес области памяти, в которой располагается переменная или вычисленное значение. Однако компилятор блокирует любые присваивания параметру-константе нового значения в теле подпрограммы.
Итак, параметры-переменные используются как средство связи алгоритма, реализованного в подпрограмме, с внешним миром: с помощью этих параметров подпрограмма может передавать результаты своей работы вызывающей программе. Разумеется, в распоряжении программиста всегда есть и другой способ передачи результатов через глобальные переменные. Однако злоупотребление глобальными связями делает программу, как правило, запутанной, трудной в понимании и сложной в отладке. В соответствии с требованиями хорошего стиля программирования рекомендуется там, где это возможно, использовать передачу результатов через фактические параметры-переменные.
С другой стороны, описание всех формальных параметров как параметров-переменных нежелательно по двум причинам. Во-первых, это исключает возможность вызова подпрограммы с фактическими параметрами в виде выражений, что делает программу менее компактной. Во-вторых, и главных, в подпрограмме возможно случайное использование формального параметра, например, для временного хранения промежуточного результата, то есть всегда существует опасность непреднамеренно испортить фактическую переменную. Вот почему параметрами-переменными следует объявлять только те, через которые подпрограмма в действительности передает результаты вызывающей программе. Чем меньше параметров объявлено параметрами-переменными и чем меньше в подпрограмме используется глобальных переменных, тем меньше опасность получения не предусмотренных программистом побочных эффектов, связанных с вызовом подпрограммы, тем проще программа в понимании и отладке. По той же причине не рекомендуется использовать параметры-переменные в заголовке функции: если результатом работы функции не может быть единственное значение, то логичнее использовать процедуру или нужным образом декомпозировать алгоритм на несколько подпрограмм.
Существует еще одно обстоятельство, которое следует учитывать при выборе вида формальных параметров. Как уже говорилось, при объявлении параметра-значения осуществляется копирование фактического параметра во временную память. Если этим параметром будет массив большой размерности, то существенные затраты времени и памяти на копирование при многократных обращениях к подпрограмме можно минимизировать, объявив этот параметр параметром-константой. Параметр-константа не копируется во временную область памяти, что сокращает затраты времени на вызов подпрограммы, однако любые его изменения в теле подпрограммы невозможны - за этим строго следит компилятор.
Еще одно свойство Object Pascal - возможность использования нетипизированных параметров. Параметр считается нетипизированным, если тип формального параметра-переменной в заголовке подпрограммы не указан, при этом соответствующий ему фактический параметр может быть переменной любого типа. Заметим, что нетипизированными могут быть только параметры-переменные:
Procedure MyProc(var aParametr);
Нетипизированные параметры обычно используются в случае, когда тип данных несущественен. Такие ситуации чаще всего возникают при разного рода копированиях одной области памяти в другую, например, с помощью процедур BlockRead, BlockWrite, Move-Memory и тому подобных.
Умалчиваемые параметры
В Delphi можно использовать так называемые умалчиваемые параметры, то есть параметры, которые могут опускаться при обращении к подпрограмме. Умалчиваемые параметры замыкают список формальных параметров и имеют вид
<имя>:<тип> = <значение>
Например,
P(a: array of Integer; S: String = '');
В этом случае два следующих обращения идентичны:
Р([1,2,3], ' ');
Р([1,2,3]);
Если в подпрограмме используются два и более умалчиваемых параметра, то в случае переопределения одного из них при обращении к подпрограмме следует указывать все параметры вплоть до последнего переопределяемого (то есть нельзя заменять непереопределяемые умалчиваемые параметры запятыми).
Например:
P(a: array of Integer; S: String = '';
В: Integer = 0);
Допустимые обращения:
Р([1,2,3]);
Р([1,2,3], 'Строка');
Р(1,2,3],",1);
Параметры-массивы и параметры-строки
Может сложиться впечатление, что объявление переменных в списке формальных параметров подпрограммы ничем не отличается от объявления их в разделе описания переменных. Действительно, в обоих случаях много общего, но есть одно существенное различие:
типом любого параметра в списке формальных параметров может быть только стандартный или ранее объявленный тип. Поэтому нельзя, например, объявить следующую процедуру:
Procedure S (a: array [1..10] of real);
так как в списке формальных параметров фактически объявляется тип-диапазон, указывающий границы индексов массива.
Если нужно передать какой-то элемент массива, то проблем, как правило, не возникает, но если в подпрограмму передается весь массив, то следует первоначально описать его тип. Например:
аТуре = array [1..10] of Real; S(var a: аТуре);
Поскольку короткая строка является фактически своеобразным массивом, ее передача в подпрограмму осуществляется аналогичным образом:
type = String [15]; = String [30];
St(S: InputType): OutputType;
Требование описать любой тип-массив или тип-строку перед объявлением подпрограммы, на первый взгляд, кажется несущественным. Действительно, в рамках простейших вычислительных задач обычно заранее известна структура всех используемых в программе данных, поэтому статическое описание массивов не вызывает проблем. Однако разработка программных средств универсального назначения связана со значительными трудностями.
Процедурные типы
Основное назначение процедурных типов - дать программисту гибкие средства передачи функций и процедур в качестве фактических параметров обращения к другим процедурам и функциям.
Для объявления процедурного типа используется заголовок процедуры (функции), в котором опускается ее имя, например:
type = Procedure (a, b, с: Real; var d: Real); Proc2 = Procedure (var a, b);
РrосЗ = Procedure; = Function: String; = Function (var s: String): Real;
Как видно из приведенных примеров, существует два процедурных типа: тип-процедура и тип-функция.
В следующий программе иллюстрируется механизм передачи процедур в качестве фактических параметров вызова. Программа выводит на экран таблицу двух функций: sini (х) = (sin(x) + 1) * Ехр(-х) и cosi(x) = (Cos(x) + 1) * Ехр(-х). Вычисление и печать значений этих функций реализуются в процедуре printFunc, которой в качестве параметров передается количество np вычислений функции в диапазоне х от 0 до 2*3.141592 и имя нужной функции.
Листинг 2. Пример функций для вычисления sini(x) и cosi(x)
Function Sini(X: Real): Real;:= (Sin(X) + 1) * Exp(-X) end; // Sin 1 Cosi(X: Real): Real;:= (Cos(X) + 1) * Exp(-X) end; // Cosi TfmExample.bbRunClick(Sender: TObject); = function (X: Real): Real; // Процедурный тип PrintFunc(NP: Integer; F; Func);: Integer;: Real; k:= 0 to NP do:=k*2*pi/ NP;.Lines.Add(FloatToStrF(X, ffExponent, 10, 2) + #9#9 + FloatToStrF(F(X), ffExponent, 10, 2));;; // PrintFunc // bbRunClick.Lines.Add(#9'Функция SINI:'); (10, Sini);.Lines.Add(#9'Функция COSI:'); (10, Cosi);
end;
Обратите внимание: передаваемые подпрограммы не могут быть локальными, то есть процедурами или функциями, объявленными внутри другой подпрограммы. Вот почему описание подпрограмм sini и cosi размещаются вне обработчика bbRunclick. Заметим, что символ #9 - это символ табуляции, который вставляется в формируемые строки для разделения колонок с цифрами.
В программе могут быть объявлены переменные процедурных типов, например, так:
var: Proc1;, f2: Func2;
ар: array [1..N] of Proc1;
Переменным процедурных типов допускается присваивать в качестве значений имена соответствующих подпрограмм. После такого присваивания имя переменной становится синонимом имени подпрограммы.
Директивы
Так же нужно упомянуть, что сразу за заголовком подпрограммы может следовать одна из стандартных директив assembler, external, far, forward, inline, interrupt, near. Эти директивы уточняют действия компилятора и распространяются на всю подпрограмму и только на нее, то есть, если за подпрограммой следует другая подпрограмма, стандартная директива, указанная за заголовком первой, не распространяется на вторую. - эта директива отменяет стандартную последовательность машинных инструкций, вырабатываемых при входе в процедуру и перед выходом из нее. Тело подпрограммы в этом случае должно реализоваться с помощью команд встроенного Ассемблера. - с помощью этой директивы объявляется внешняя подпрограмма. - компилятор должен создавать код подпрограммы, рассчитанный на дальнюю модель вызова. Директива near заставит компилятор создать код, рассчитанный на ближнюю модель памяти. Введены для совместимости с Delphi 1, которая использовала сегментную модель памяти. - используется при опережающем описании для сообщения компилятору, что описание подпрограммы следует где-то дальше по тексту программы (но в пределах текущего программного модуля). - указывает на то, что тело подпрограммы реализуется с помощью встроенных машинных инструкций. - используется при создании процедур обработки прерываний.
Помимо описанных в Object Pascal можно использовать также стандартные директивы, регламентирующие способ передачи параметров через стек и использование регистров для их передачи - такие директивы используются при работе с ядром Windows. Они перечислены в приводимой ниже таблице. Графа порядок определяет порядок размещения параметров в стеке: слева направо означает размещение в стеке по порядку описания - сначала первый параметр, затем второй и так далее; справа налево означает размещение с конца перечисления параметров - сначала последний, затем предпоследний и так далее. Графа Очистка определяет, кто будет очищать стек: подпрограмма перед передачей управления в вызывающую программу или программа после получения управления. Графа регистры содержит да, если для передачи параметров помимо стека используются также регистры центрального процессора.
Заключение
Результатом решения поставленной задачи является программа, предназначенная для демонстрации решения поставленных задач с помощью процедур и функций, работающая под управлением операционной системы Windows. Автором изучены средства работы с процедурами и функциями, предоставленным средой разработки Borland Delphi и написанных лично. Стоит отметить тот факт, что в процессе тестирования не выявлены ошибки времени исполнения, программа полностью реализует заявленные функции и в целом работает устойчиво.
Так как задачей данной работы являлась демонстрация работы с процедурами и функциями, то на основании выше изложенного можно утверждать, что тема раскрыта полностью.
Список используемой литературы
1. Архангельский, А. Я. Программирование в Delphi 7. [Текст]:/ А.Я. Архангельский ООО “Бином-Пресс”, 2005. - 1152 стр.
2. Дарахвелидзе П. Г., Марков Е. П. Программирование в Delphi 7. [Текст]: ООО “БХВ-Петербург”, 2003. - 784 стр.
. Самоучитель Delphi 6 (электронная версия).