Διάλεξη 6η: Συναρτήσειςhy100/lecture06.pdf ·...

...

.

...........................

.

...

.

...

.

Διάλεξη 6η: Συναρτήσεις

Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης

Εισαγωγή στην Επιστήμη Υπολογιστών

Βασίζεται σε διαφάνειες του Κ. Παναγιωτάκη

Πρατικάκης (CSD) Συναρτήσεις CS100, 2020-2021 1 /15

...

.

...........................

.

...

.

...

.

Αλγόριθμοι και Προγράμματα

Τα υπολογιστικά προβλήματα λύνονται εκτελώντας μιαακολουθία από εντολές με συγκεκριμένη σειράΑλγόριθμος: ποιές είναι αυτές οι εντολές και η σειράεκτέλεσής τουςΠολλές φορές ο αλγόριθμος που λύνει ένα πρόβλημαχρησιμοποιεί άλλους αλγόριθμους για να λύσει μικρότεραεπιμέρους προβλήματα:

Ο αλγόριθμος της διαίρεσης κάνει πολλές αφαιρέσειςΟ αλγόριθμος της ύψωσης σε δύναμη κάνει πολλούςπολλαπλασιασμούς

Μπορούμε να “γενικεύσουμε” τέτοιους υπο-αλγόριθμουςκαι να τους “καλούμε” από όπου τους χρειαζόμαστεΣυνάρτηση: ένα κομμάτι του προγράμματος πουμπορούμε να “καλέσουμε” από άλλα σημεία τουπρογράμματος


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Συναρτήσεις – FunctionsΣύνταξη:

Γενική μορφή

type name(type1 argument1, type2 argument2, ... ){declarationsstatements

}

Χωρίζουν το πρόγραμμα σε κομμάτιαΟργάνωση του προγράμματος με “διαίρει και βασίλευε”Κάθε κομμάτι (συνάρτηση) λύνει ένα επιμέρους,μικρότερο πρόβλημαΒuilding blocks για το πρόγραμμαΚάθε συνάρτηση έχει ορίσματα (είσοδο) και αποτέλεσμα(έξοδο)

Διαδικασία (από το Λύκειο): συνάρτηση που δεν επιστεφειαποτέλεσμα (void)Πρατικάκης (CSD) Συναρτήσεις CS100, 2020-2021 3 /15

...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Τύπος του αποτελέσματοςπου επιστρέφει η συνάρτηση



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Όνομα της συνάρτησης:οποιοδήποτε δεκτό όνομα



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Μέσα σε παρενθέσεις ταορίσματα της συνάρτησης



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Τύπος του πρώτου ορίσματος



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Όνομα του πρώτουορίσματος: λειτουργεί όπωςμια τοπική μεταβλητή



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Μια συνάρτησημπορεί να έχειπολλά ορίσματα(ή κανένα)



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Το κυρίως σώμα τηςσυνάρτησης ξεκινάει με {



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

και τελειώνει με }



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Ό,τι είναι μέσα σε { } λέγεταικαι code block



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Στην αρχή της συνάρτησηςυπάρχουν οι δηλώσεις τωντοπικών μεταβλητών



...

.

...........................

.

...

.

...

.




}

Μετά τις δηλώσειςμεταβλητών μπαίνουν οιεντολές της συνάρτησης



...

.

...........................

.

...

.

...

.

Παράδειγμα: Μέτρηση ψηφίων

count-digits.c

#include <stdio.h>

/∗ Συνάρτηση digits: μετράει τα ψηφία∗ ενός αριθμού. Δέχεται έναν ακέραιο∗ αριθμό και επιστρέφει πόσα ψηφία έχει∗/int count_digits(int x){int count = 0;

while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}

/∗ Συνάρτηση main ∗/int main(){int number;

printf(”Please give a number: ”);scanf(”%d”, &number);printf(”Number %d has %d digits.\n”,

number, count_digits(number));}


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Χρησιμοποιείτεσχόλια για ναπεριγράψετε τησυνάρτηση


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Ένα σχόλιο αρχίζειμε /*


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




και τελειώνει με */


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Περίληψη: ποιόπρόβλημα λύνει ησυνάρτηση;


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Τί παίρνει ως είσοδο;


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Τί επιστρέφει στηνέξοδο;


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Η συνάρτησηεπιστρέφει ένανακέραιο αριθμό

(integer)


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Η συνάρτησηονομάζεται

count_digits


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Έχει ένα όρισμα xπου είναι ακέραιος

αριθμός


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Το x είναι σαν μιατοπική μεταβλητή,που αρχικά περιέχει

το όρισμα


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Δήλωση καιαρχικοποίηση της

τοπικήςμεταβλητής count


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Αρχή των εντολώντης συνάρτησηςcount_digits


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}



number, count_digits(number));}Η τελευταία εντολή

επιστρέφει τοαποτέλεσμα τηςσυνάρτησης


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Η main είναι μιασυνάρτηση χωρίςορίσματα που

επιστρέφει ακέραιο


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Δήλωση τηςτοπικής

μεταβλητής number


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Αρχή των εντολώντης συνάρτησης

main


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Καλεί τηνcount_digits μεόρισμα number


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Ξεκινά η εκτέλεσητης count_digits


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Δημιουργείται το xσαν τοπική

μεταβλητή καιαρχικοποιείται με

number


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}



number, count_digits(number));}Τελικά η

count_digitsεπιστρέφει την τιμήπου περιέχει η

count


...

.

...........................

.

...

.

...

.


count-digits.c

#include <stdio.h>


while (x != 0) {x = x / 10;count++;

}return count;

}




Το αποτέλεσμα τηςcount_digits τοπαίρνει η printfσαν όρισμα


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Παράδειγμα: Δευτεροβάθμια εξίσωση

quadratic.c

/∗ Πρόγραμμα: quadratic.c∗ Λύνει μια δευτεροβάθμια εξίσωση∗/

#include <stdio.h>#include <math.h>

/∗ function declarations ∗/float discriminant(float, float, float);int solve_quadratic(float a, float b, float c);

/∗ function definitions ∗/int main(){float a, b, c;

printf(”Please type 3 decimal numbers\n”);scanf(”%f %f %f”,&a,&b,&c);printf(”Quadratic equation: ”

”%fx^2 + (%f)x + (%f) = 0\n”, a, b, c);if (a == 0) {printf(”This is a first degree equation\n”);

} else {solve_quadratic(a, b, c);

}}

float discriminant(float a, float b, float c){return (b ∗ b) -(4 ∗ a ∗ c);

}

int solve_quadratic(float a, float b, float c){float D, x1, x2;

D = discriminant(a, b, c);

if (D < 0) {printf(”Discriminant is negative. ”

”There are no real solutions\n”);return 0;

} else if (D == 0) {x1 = -b / (2 ∗ a);printf(”One solution: %f\n”, x1);return 1;

} else {x1 = (-b + sqrt(D)) / (2 ∗ a);x2 = (-b - sqrt(D)) / (2 ∗ a);printf(”Two solutions: %f, %f\n”, x1, x2);return 2;

}}


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Οργάνωση του προγράμματος

Είναι γενικά ευκολότερο να διαχειριστούμε ένα πρόβλημασπάζοντάς το σε υποπροβλήματαΚάθε υποπρόβλημα αντιστοιχεί σε μια συνάρτησηΠιο εύκολη διαχείρηση κώδικα

Debugging: δοκιμή κάθε συνάρτησης ξεχωριστά,ευκολότερη εύρεση λαθώνUpdating: ευκολότερη αλλαγή ενός αλγορίθμου με έναναποδοτικότερο χωρίς να επηρρεάζεται το υπόλοιποπρόγραμμα

Επαναχρησιμοποίηση του κώδικα: χρήση υπαρχόντωνσυναρτήσεων σε νέα προγράμματαΑποφυγή επανάληψης του ίδιου κώδικα πολλές φορές

Το copy & paste αντιγράφει και τα λάθη...Αφαιρετική σκέψη (abstraction)

Κρύβει όσες λεπτομέρειες δεν χρειάζονται


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Κλήση συναρτήσεωνΗ κλήση συνάρτησης είναι έκφραση

function_name(argument1, ..., argumentN)

Η έκφραση αυτή έχει τύπο τον τύπο που επιστρέφει ησυνάρτηση, και τιμή ό,τι επιστραφεί

number = count_digits(10+10) + 2;Για να εκτελεστεί η κλήση μιας συνάρτησης:1 Υπολογίζονται πρώτα οι τιμές των ορισμάτων

number = count_digits(20) + 2;2 Αντιγράφονται οι τιμές των ορισμάτων στις αντίστοιχεςμεταβλητές της συνάρτησης

x = 20;3 Εκτελούνται οι εντολές της συνάρτησης μέχρι ναεκτελεστεί κάποιο return

return count;4 Η κλήση συνάρτησης αντικαθίσταται με την τιμή πουεπιστρέφει

number = 2 + 2;Πρατικάκης (CSD) Συναρτήσεις CS100, 2020-2021 7 /15

...

.

...........................

.

...

.

...

.

Διαδικασίες και συναρτήσεις

Στο Λύκειο, είδατε συναρτήσεις που επιστρέφουναποτέλεσμα, και διαδικασίες που δεν επιστρέφουνΗ γλώσσα C έχει μόνο συναρτήσειςΜια συνάρτηση μπορεί να επιστρέφει αποτέλεσμα τύπουvoid, δηλαδή κενό

void.c

void f(){printf(”This is a test\n”);return;

}

Μια συνάρτηση που επιστρέφει void είναι σαν διεργασία,δεν μπορεί να καλεστεί σε έκφραση

Π.χ: δεν επιτρέπεται η εντολή x = f() + 2


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Διαδικασίες και συναρτήσεις

Στο Λύκειο, είδατε συναρτήσεις που επιστρέφουναποτέλεσμα, και διαδικασίες που δεν επιστρέφουνΗ γλώσσα C έχει μόνο συναρτήσειςΜια συνάρτηση μπορεί να επιστρέφει αποτέλεσμα τύπουvoid, δηλαδή κενό

void.c

void f(){printf(”This is a test\n”);return;

}

Όταν η συνάρτηση επιστρέφειvoid τότε η εντολή return

δεν παίρνει τιμή

Μια συνάρτηση που επιστρέφει void είναι σαν διεργασία,δεν μπορεί να καλεστεί σε έκφραση

Π.χ: δεν επιτρέπεται η εντολή x = f() + 2


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Συναρτήσεις βιβλιοθήκης

Συναρτήσεις ορισμένες από τον προγραμματιστήΌπως οι f, count_digits, discriminant παραπάνω

Συναρτήσεις βιβλιοθήκηςΈτοιμες συναρτήσεις που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμεΌπως οι printf και scanf

Βιβλιοθήκες έτοιμων συναρτήσεωνΗ βιβλιοθήκη της γλώσσας CΒιβλιοθήκες συναρτήσεων διαθέσιμες στο διαδίκτυο


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Η βιβλιοθήκη της C

#include <stdlib.h>

int abs(int);void exit(int);int rand(void);void srand(unsigned int);

Μπορείτε να δείτε αναλυτικά όλες τις συναρτήσειςβιβλιοθήκης στο manual page: $ man stdlib.hManual pages των επιμέρους συναρτήσεων: $ man prandManual page της εντολής man: $ man manΑντίστοιχα για Input/Output: $ man stdio.h


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <stdlib.h>


Η απόλυτη τιμή ενόςακεραίου



...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <stdlib.h>


Τερματίζει το πρόγραμμαεπιστρέφοντας μια τιμή στο

λειτουργικό σύστημα



...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <stdlib.h>


Δημιουργεί και επιστρέφειένα ψευδοτυχαίο αριθμό από0 μέχρι RAND_MAX με κανονική

κατανομή



...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <stdlib.h>


Αρχικοποιεί τη γεννήτριαψευδοτυχαίων αριθμών, αρκείνα την καλέσουμε μία φορά



...

.

...........................

.

...

.

...

.

Η μαθηματική βιβλιοθήκη της C

#include <math.h>

double ceil(double);double cos(double);double exp(double);double fabs(double);double floor(double);double log(double);double pow(double, double);double sin(double);double sqrt(double);double tan(double);

Το manual page της μαθηματικής βιβλιοθήκης:$ man math.h$ man powΣτο compile και link, προσθέτουμε -lm όταν καλούμε τοgcc:$ gcc power.c -o power.exe -lmΠρατικάκης (CSD) Συναρτήσεις CS100, 2020-2021 11 /15

...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


“Ταβάνι”, ο αμέσωςμεγαλύτερος ακέραιος


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Συνημίτονο


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Εκθετικό ex


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Απολυτη τιμή


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


“Πάτωμα”, ο αμέσωςμικρότερος ακέραιος


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Φυσικός λογάριθμος


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Ύψωση σε δύναμη


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Ημίτονο


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Τετραγωνική ρίζα


...

.

...........................

.

...

.

...

.


#include <math.h>


Εφαπτομένη


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Ορισμός συναρτήσεωνΟι δηλώσεις μεταβλητών μέσα σε code blocksδημιουργούν τοπικές μεταβλητές

Αυτές οι μεταβλητές χάνονται στο τέλος του blockΕκτός αν είναι static μεταβλητές

Δεν μπορούν να οριστούν συναρτήσεις μέσα σεσυναρτήσεις

Λάθος πρόγραμμα!

int main(){void f() {printf(”This is not valid C.\n”);

}}

Οποιαδήποτε συνάρτηση μπορεί να καλέσει όποια άλλησυνάρτηση έχει δηλωθεί ή οριστεί

Ακόμη και τον εαυτό της (αναδρομή)Αν δεν έχουμε ορίσει ή δηλώσει μια συνάρτηση δενμπορούμε να την καλέσουμεΠρατικάκης (CSD) Συναρτήσεις CS100, 2020-2021 12 /15

...

.

...........................

.

...

.

...

.

Δηλώσεις συναρτήσεων

Για να χρησιμοποιήσουμε μια συνάρτηση πρέπει να τηνορίσουμε ή να τη δηλώσουμεΔήλωση συνάρτησης (function prototype ή declaration)

Μορφή δήλωσης συνάρτησης

type name(type1, ..., typeN);

Η δήλωση (declaration) μιας συνάρτησης διαφέρει απότον ορισμό (definition) της

Δεν χρειάζεται ονόματα παραμέτρωνΔεν υπάρχει “σώμα” της συνάρτησης (δηλώσεις τοπικώνμεταβλητών και εντολές)

Μετά τη δήλωση μπορούμε να την καλέσουμε


...

.

...........................

.

...

.

...

.





Ο τύπος που επιστρέφει ησυνάρτηση (όπως στον

ορισμό)





...

.

...........................

.

...

.

...

.





Το όνομα της συνάρτησης(όπως στον ορισμό)





...

.

...........................

.

...

.

...

.





Οι τύποι των ορισμάτων τηςσυνάρτησης





...

.

...........................

.

...

.

...

.





Δεν χρειάζονται τα ονόματατων ορισμάτων





...

.

...........................

.

...

.

...

.





Η δήλωση συνάρτησηςτελειώνει με semicolon ;





...

.

...........................

.

...

.

...

.









...

.

...........................

.

...

.

...

.

Δηλώσεις συναρτήσεων (2)

Τοποθετούμε τις δηλώσεις όλων των συναρτήσεων στηναρχή του προγράμματοςΧρειάζεται υποχρεωτικά αν χρησιμοποιούμε συναρτήσειςπριν τις ορίσουμεΚαλή πρακτική:

Ελέγχουμε τη σωστή χρήση των συναρτήσεων: σωστόςτύπος ορισμάτων, επιστρεφόμενης τιμήςΜπορούμε να δούμε με μια ματιά τις συναρτήσεις τουπρογράμματοςΜπορούμε να καλέσουμε όλες τις συναρτήσεις από όλεςτις άλλες άσχετα με τη σειρά που ορίζονται


...

.

...........................

.

...

.

...

.

Παράδειγμα: Ηλεκτρονικό ζάρι

die.c

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <time.h>

/∗ declarations ∗/int throw_die(unsigned int);void init();int main();

/∗ definitions ∗/

int main() {int result;

init ();printf(”I ’m throwing a 6-sided die.\n”);result = throw_die(6);printf(”%d came out.\n”, result);

}

/∗ Συνάρτηση init∗ Αρχικοποιεί τη γεννήτρια∗ τυχαίων αριθμών∗/void init() {int seconds_since_1970 = time(0);srand(seconds_since_1970);

}

/∗ Συνάρτηση throw_die∗ Προσομοιώνει ένα ζάρι∗ Δέχεται τον αριθμό των πλευρών∗ του ζαριού∗ Επιστρέφει ένα τυχαίο αριθμό από∗ 1 μέχρι sides∗/int throw_die(unsigned int sides) {return (rand() % sides) + 1;

}


Διάλεξη 6η: Συναρτήσειςhy100/lecture06.pdf ·...

Documents