Процедуры и их типизация

 

Итак, процедура - это часть программы (подпрограмма), имеющая имя и предназначенная для решения некоторой частной задачи (подзадачи). Они делятся по способам описания и обращения к ним следующим образом:

Процедура встроенная (машинная) - процедура в программировании, описание которой считается известным транслятору, в связи с чем ее можно использовать без описания.

Процедура пользователя - процедура, которую создает (описывает) программист на основе имеющихся операторов и встроенных процедур и функций данного языка по определенным правилам данного компилятора.

Процедура без параметров - процедура, при обращении, к которой не требуется задания начальных установок, значений и после выполнения которой в основную программу не передаются результаты работы данной процедуры.

Процедура с параметрами-значениями - процедура, при обращении к которой требуются начальные значения. На выходе данные не передаются в основную программу.

Процедура с параметрами-переменными - процедура, не требующая начальных значений, однако передающая в основную программу результаты своей работы (передает значения некоторых переменных).

Комбинированная процедура - процедура, имеющая параметры-переменные и параметры-значения, т.е. входные и выходные данные.

Эти процедуры являются составной частью системы программирования. Среди этих процедур есть стандартные процедуры, которыми можно пользоваться в любом месте программы без какого-либо предварительного объявления. Сюда относятся уже ранее упомянутые процедуры ввода/вывода, управления работой программы, динамического распределения памяти, строковые процедуры и пр. Полный перечень встроенных процедур можно найти в справочнике для языка.

Помимо стандартных процедур в Паскале есть также стандартные модули, представленные в виде TPU - файлов, каждый из которых содержит в себе целый набор процедур и функций. Для того, чтобы использовать процедуры из модулей, необходимо вызвать нужный модуль в разделе USES. Система Turbo-Pascal имеет модули PRINTER, DOS, CRT, GRAPH и др.

CRT - позволяет использовать все возможности дисплея и клавиатуры, включая управление режимом экрана, расширенные коды клавиатуры, цвет, окна и звуковые сигналы.

DOS - поддерживает различные функции ДОС, включая установку и получение текущего значения даты и времени, поиск по каталогам файлов и выполнение программ.

PRINTER - позволяет легко организовать доступ к устройству печати.

GRAPH - мощный графический пакет с набором процедур и функций обработки графических объектов (точек, отрезков, прямоугольников, окружностей и пр.).

Рассмотрим несколько примеров встроенных процедур:

1) CLRSCR - процедура очистки экрана. Результатом работы является стирание всей информации с экрана. Данная процедура является примером процедур без параметров;

2) GOTOXY(A,B) - процедура позиционирования курсора на экране дисплея в точку с координатами (A,B). A и B являются входными данными, следовательно, это пример процедуры с параметрами-значениями;

3) WRITE([A],[B],.....,[Q]) процедура вывода информации на экран дисплея. Данная процедура - процедура с параметрами-значениями.

4) READ([A],[B],....,[Q]) процедуры ввода информации в ЭВМ.

При работе с процедурами пользователя необходимо уметь производить два вида деятельности: описание процедуры и обращение к ней в основной программе. Вызов процедуры пользователя осуществляется так же, как и вызов встроенной процедуры - с помощью оператора процедуры, имя которого совпадает с именем процедуры, с указанием списка параметров, если таковые имеются. Описание же процедуры включает в себя разработку подпрограммы и правильное оформление ее заголовка. Остановимся на нем подробнее.

В основной программе все процедуры (а также и функции) пользователя должны быть объявлены. Объявление процедур и функций осуществляется после объявления переменных и перед первым словом BEGIN программы.

Заголовок программы;

Описание модулей USES;

Описание меток LABEL;

Описание констант CONST;

Описание типа TYPE;

Описание переменных VAR;

Описание процедур и функций PROCEDURE/FUNCTION;

BEGIN

Тело программы (блок);

END.

Процедура, как видно из ее определения, оформляется так же, как и основная программа. Вообще процедуру нужно воспринимать как программу в миниатюре. В свою очередь основная программа может быть легко переделана в процедуру с заменой слова PROGRAM на PROCEDURE. Если процедура объявлена, ее можно использовать в последующих частях программы, просто задавая ее имя, за которым, если необходимо, следует список параметров. Вызов процедуры для основной программы становится новым оператором. Обращение к процедуре активизирует эту процедуру, то есть приводит к выполнению группу операторов, содержащихся в ее теле. После этого управление переходит к оператору, следующему за вызовом процедуры.

Описание процедур будем рассматривать по той же схеме, что и машинные процедуры, а именно: вначале без параметров, далее с параметрами - значениями, с параметрами - переменными и, наконец, комбинированные процедуры.

Заголовок процедуры без параметров можно описать в виде:

Вызываются же такие процедуры путем написания в основной программе имени этой процедуры. В виде процедуры без параметров оформляются такие подзадачи, у которых нет входных и выходных данных, или же эти данные удобнее передавать с помощью операторов присваивания, READ и WRITE.

Рассмотрим несколько примеров, в которых представлены эти варианты.

ПРИМЕР 1. Нарисовать три вертикальных квадрата 3х3 с помощью символа "*".

Очевидно, что в этой программе надо выделить рисование квадрата в виде процедуры без параметров, а затем трижды вызвать ее в основной программе:

program RISUNOK;

procedure KVADRAT;

begin

¦ writeln('***');

¦ writeln('* *');

¦ writeln('***');

end;

begin

¦ clrscr; KVADRAT;

¦ writeln; KVADRAT; writeln; KVADRAT;

end.

ПРИМЕР 2. Вычислить площадь четырехугольника ABCD

Зная длины сторон четырехугольника и длину одной из его диагоналей, например BD, можно найти по формуле Герона площади двух вспомогательных треугольников и сложить их. Отсюда следует, что в программе надо выделить процедуру вычисления площади треугольника:

program PLOCHAD_1;

var AB,BC,CD,AD,BD,S1,S,a,b,c,p:real;

procedure GERON_1;

begin p:=(a+b+c)/2;

S:=sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c));

end;

begin {*ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА*}

read (AB,BC,CD,AD,AC);

a:=AB;b:=AD;c:=BD; GERON_1; S1:= S;

a:=BC;b:=CD;c:=BD; GERON_1; S1:= S1+S;

write(S1);

end.

Прежде чем переходить к рассмотрению процедур с параметрами, необходимо определить сами эти понятия. Сделаем это на примере программы вычисления площади четырехугольника (пример 2).

Рассмотренная программа имеет недостаток в том, что в основной ее части идет ряд присваиваний, которые предшествуют вызову процедуры. Чтобы избавиться от этих присваиваний, вводят процедуры с параметрами. С помощью параметров осуществляется передача информации в процедуру, а также и прием информации из процедуры в основную программу.

Различают формальные и фактические параметры. Формальные параметры - это имена переменных, фигурирующих в самой процедуре. Их описание производится в заголовке процедуры - после имени процедуры в скобках. Среди них имеются параметры-аргументы и параметры-результаты. Эти параметры называют формальными, потому что они служат только для фиксации числа параметров процедуры, их имена могут быть произвольными, смена имен не отражается на ее работе.

Фактические параметры задаются в вызове процедуры, т.е. они принадлежат основной части программы. В отличие от формальных параметров, которые всегда есть переменные, фактические параметры имеют вид:

параметры-аргументы - это константы, переменные, выражения;

параметры-результаты - это всегда переменные.

Рассмотрим заново программу вычисления площади четырехугольника. В ней все переменные объявлены в основной программе. Однако среди них есть переменные, которые задействованы только в процедуре. Это переменные A, B, C, P, S. Такие переменные принято называть локальными по отношению к процедуре. Остальные переменные называются глобальными. Среди локальных переменных можно выделить параметры-аргументы A, B, C и параметр-результат S. Принято формальные параметры описывать в заголовке процедуры с указанием их типа. Локальная же переменная P является вспомогательной и описывается в процедуре так же, как в основной программе.

Порядок следования формальных параметров в заголовке процедуры и фактических параметров в вызове процедуры важен, поскольку определяет, какому параметру будет присвоено то или иное значение.

Все переменные должны быть отнесены к какому-то типу, поэтому необходимо задать тип каждого параметра. Передаваемое значение и соответствующий ему параметр (фактический) должны быть одного и того же типа.

Новые варианты программы вычисления площади четырехугольника будут даны в следующих разделах, а пока рассмотрим подробнее понятия локальных и глобальных переменных в Паскаль-программах.

В предыдущем разделе уже было дано определение локальных и глобальных переменных. Уточним еще раз, что локальные переменные объявляются внутри блока процедуры и они бывают двух видов: формальные параметры заголовка процедуры и вспомогательные переменные в разделе VAR процедуры. Эти переменные неизвестны основной программе и их использование в основном блоке вызовет сообщение об ошибке.

Глобальные переменные объявляются в разделе VAR основной программы. Глобальные переменные называют глобальными, потому что они могут фигурировать не только в основной программе, но и в теле процедуры. Заметим, что иногда одна и та же переменная может быть и локальной, и глобальной. Например, если переменная J является одновременно локальной и глобальной, то локальная переменная J отличается от переменной J из главной программы. Изменения, происходящие с J в процедуре, не влияют на значение переменной J из главной программы, и наоборот. Это происходит потому, что, несмотря на сходство имен переменных, компилятор отводит локальной переменной J одну ячейку памяти, а глобальной переменной J - другую. Обычно стараются избегать совпадения имен переменных во избежание нежелательных посторонних эффектов, которые могут возникнуть из-за использования одних и тех же имен для разных переменных.

Для ясности рассмотрим пример, связанный с использованием локальных и глобальных переменных:

program NEST;

var A,B:integer;

procedure NESTEGG;

var A,X: char;

begin

A:= "!";

X:= "?";

B:= B+1;

end;

begin { ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА }

A:= 0; B:= 100;

NESTEGG;{ ВЫЗОВ ПРОЦЕДУРЫ }

writeln(A,' ',B);

end.

В этой программе X - локальная переменная для процедуры NESTEGG, поэтому основная программа не может ни изменить ее значение, ни обратиться к ней. С другой стороны, переменная B (глобальная) известна и в программе, и в процедуре. Если переменная B является глобальной, т.е. объявлена в главной программе, то все входящие в состав этой главной программы процедуры могут ссылаться к ней, но только в том случае, если в них нет другого объявления для B. Любое объявление имени в процедуре делает недоступным объект, имеющий то же самое имя и объявленный в основной программе. Так, у нас A для основной программы есть INTEGER, но в процедуре есть A типа CHAR. Процедуре NESTEGG недоступна переменная A из главной программы. Все изменения, происходящие с A в процедуре, становятся несущественными при выходе из этой процедуры. Но, поскольку B известна в главной программе, то все изменения с B в процедуре важны и сохраняются после выхода из нее. Итак, будет напечатано: 0 101.

Как было сказано ранее, процедуры с параметрами-значениями требуют входных данных (смотри п. 5.1). Где они записываются и как задаются? На этот вопрос может ответить синтаксическая диаграмма заголовка процедуры:

Здесь под параметром понимают имя переменной, которая является "входной" для процедуры (формальный параметр-аргумент). Этот параметр с синтаксической точки зрения является параметром-значением, при его описании в заголовке процедуры не требуется писать слов VAR. Параметры-значения принимают из основной программы при вызове процедуры свои конкретные значения.

При обращении к процедуре с параметрами-значениями в основной программе фактическими параметрами могут служить как имена переменных (которые описаны и определены выше), так и конкретные значения (константы) и выражения. При обращении необходимо следить за соответствием списка параметров при обращении и описании. Кроме этого, следует строго соблюдать "типизацию" параметров.

Рассмотрим работу процедур такого типа на примерах.

ПРИМЕР 1. Нарисовать квадрат с произвольной длиной стороны в левом верхнем углу (длина стороны задается с клавиатуры).

В этой программе также надо оформить рисование квадрата в виде процедуры, но уже с входным параметром-аргументом - длиной стороны квадрата:

program RISUNOK_2;

var I: integer;

procedure KVADRAT(N: integer);

var J,K: integer;

begin

for J:=1 to N do write('*'); writeln;

for J:=1 to N-2 do

begin

write('*'); for K:=1 to N-2 do write(' ');

writeln('*');

end;

for J:=1 to N do write('*');

end;

begin { Основная программа }

write('Введите длину стороны - ');

readln(I); clrscr; KVADRAT(I);

end.

ПРИМЕР 2. Вычисление площади четырехугольника с применением процедуры с параметрами-значениями:

program PLOCHAD_2;

var AB,BC,CD,AD,AC,S1,S: real;

procedure GERON_2(a,b,c: real);

var P: real;

begin

P:= (a+b+c)/2; S:= sqrt(P*(P-a)*(P-b)*(P-c));

end;

begin {*ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА*}

read (AB,BC,CD,AD,AC); GERON_2(AB,BC,AC); S1:= S;

GERON_2(AD,AC,CD); write ('S = ', S1+S)

end.

В данной программе определена процедура GERON_2 с тремя параметрами-значениями и локальной переменной P. Значение же площади треугольника помещается в глобальную переменную S. При вызове этой процедуры формальные параметры a, b, c замещаются на фактические параметры AB, BC, AC при первом обращении, и на AD, AC, CD - при втором.

Заметим также, что здесь фактические параметры представлены переменными, которые получают свое значение с помощью процедуры READ. Однако, если известны длины сторон треугольника, например, 6, 7, 4, то можно вычислить площадь этого треугольника, вызвав процедуру GERON_2(6,7,4), и получить ответ в переменной S.

В отличие от процедур с параметрами-значениями, данный тип не имеет входных параметров, т.е. из основной программы не передаются значения переменных в процедуру, за исключением глобальных переменных. Отличие в описании и обращении к процедурам с параметрами-переменными заключается в специфическом написании заголовка процедуры. В остальном все процедуры схожи. Итак, синтаксическая диаграмма заголовка процедуры с параметрами-переменными:

При детальном ознакомлении с синтаксической диаграммой видно, что параметрам-переменным должно предшествовать служебное слово VAR, причем оно пишется столько раз, сколько различных типов представлено в выходных данных.

Например:

PROCEDURE PRIMER(VAR a,b,c:INTEGER; VAR m:CHAR; VAR i,j:REAL);

При обращении к процедурам с параметрами-переменными фактическими параметрами должны являться имена переменных, которые описаны в основной программе.

ПРИМЕР 1. Обмен значениями переменных A и B

program ZERKALO;

var A,B: integer;

procedure OBMEN(var X,Y: integer);

begin X:= B; Y:= A end;

begin

A:= 1; B:= 2; writeln(A,B);

OBMEN(A,B); write(A,B);

end.

ПРИМЕР 2. Вычисление площади четырехугольника

program PLOCHAD_3;

var AB,BC,CD,AD,AC,S1,S2,a,b,c: real;

procedure GERON_3(var S: real);

var P: real;

begin

P:= (a+b+c)/2; S:= sqrt(P*(P-a)*(P-b)*(P-c));

end;

begin { Основная программа }

read (AB,BC,CD,AD,AC);

a:=AB; b:= BC; c:= AC; GERON_3(S1);

a:=AD; b:= AC; c:= CD; GERON_3(S2);

write ('S = ', S1+S2)

end.

Комбинированные процедуры включает в себя входные и выходные данные. В заголовке процедуры выходные параметры предваряются, словом VAR. Порядок следования параметров может быть произвольным.

НАПРИМЕР:

PROCEDURE PRIMER(VAR a,b,c:INTEGER; m:CHAR; VAR i,j:REAL);

Здесь a,b,c,i,j - параметры-результаты (переменные);

m - пераметр-аргумент (значение).

В качестве иллюстрации комбинированных процедур рассмотрим последний вариант вычисления площади четырехугольника:

program PLOCHAD_4;

var AB,BC,CD,AD,AC,S1,S2: real;

procedure GERON_4(a,b,c:real; var S: real);

var P: real;

begin

P:= (a+b+c)/2;

S:= sqrt(P*(P-a)*(P-b)*(P-c));

end;

begin {*ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА*}

read (AB,BC,CD,AD,AC);

GERON_4(AB,BC,AC,S1);

GERON_4(AD,AC,CD,S2);

write ('S = ', S1+S2)

end.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для более полного усвоения введенных ранее терминов перечислим на базе последнего примера все виды параметров и переменных:

- глобальные переменные AB, BC, CD, AD, AC, S1, S2;

- локальные переменные a, b, c, S, P;

- формальные параметры a, b, c, S;

a) параметры-значения (аргументы) a,b,c;

б) параметр-переменная (результат) S;

- фактические параметры AB, BC, CD, AD, AC, S1, S2;

a) параметры-значения (аргументы) AB, BC, CD, AD, AC;

б) параметры-переменные (результаты) S1,S2.

Попытка же описать выходной параметр в виде параметра-значения (без слова VAR в заголовке процедуры) приведет к тому, что результат работы процедуры не будет возвращен в основную программу. Это происходит потому, что характер "поведения" параметров-значений и параметров-переменных в процессе работы процедуры различен. Разница эта состоит в том, что преобразования, которые претерпевают формальные параметры-значения в процедуре, не вызывают изменения соответствующих им фактических параметров, в то время как изменения параметров-переменных может изменять значения соответствующих фактических параметров.

Причиной этого феномена является неодинаковое распределение памяти под хранение параметров процедуры. Формальному параметру-значению отводится некоторая область (ячейка) памяти, куда заносится значение соответствующего фактического параметра, вычисленного на момент обращения к процедуре. На этом связь между ними обрывается. Действительно, если фактическим параметром является константа или выражение, как изменения в формальном параметре-значении (а это есть всегда переменная) могут повлиять, например, на выражение.

Фактическим же параметром, соответствующим формальному параметру-переменной, является всегда переменная. На время выполнения процедуры эти параметры отождествляются, им соответствует одна и та же область памяти. Вполне понятно, что в этой ситуации изменения формального параметра влекут адекватные изменения фактического параметра, и после завершения процедуры его значение может отличаться от его первоначального значения.

Именно поэтому, объявив в процедуре параметр-результат как параметр-значение, этот результат так и останется в формальном параметре-переменной без его передачи в соответствующий фактический параметр.