3. Принцип модульности.

В практике программирования достаточно часто встречаются алгоритмы, в которых повторяются фрагменты, одинаковые по выполняемым действиям и различающиеся только значениями обрабатываемых данных. При составлении программы по такому алгоритму приходится задавать одну и ту же группу операторов соответственно для каждого из повторяющихся фрагментов. Для более эффективного программирования подобных алгоритмов в языках вводится понятие подпрограммы. Повторяющаяся группа операторов оформляется в виде самостоятельной программной единицы со своими входными и выходными данными – подпрограммы, записывается однократно, а в соответствующих местах программы обеспечиваются лишь обращения к ней (ссылки) и передача данных.

Использование подпрограмм позволяет улучшить структуру программы, делает ее более компактной и наглядной, облегчает процесс проектирования, разработки и отладки программы. В языках Бейсик и Паскаль подпрограммы реализуются в виде процедур и функций, которые вводятся в программу с помощью своего описания.

Подпрограммы, а в дальнейшем и модули, должны обладать всеми свойствами алгоритма (Часть 1). Помимо этих свойств, алгоритмический модуль (АМ - совокупность предписаний в виде отдельного алгоритма) должен обладать и другими:

1. функциональная завершенность (АМ должен представлять собой логически завершенную последовательность предписаний, необходимых для решения подзадачи в рамках общей задачи).

2. минимизация связей (АМ и основная программа должны быть связаны между собой только с помощью параметров).

3. независимость (результаты работы модулей должны зависеть не от реализации других модулей, а только от входных данных).

В работе с АМ должен действовать принцип «черного ящика», т.е. известен только закон задачи, но не важен алгоритм ее решения. Существуют также принципы «серый ящик» (частичное использование глобальных объектов) и «прозрачный ящик».

3.1. Процедуры.

Описание процедуры в языке QBasic:

<процедура QBasic> ≡ SUB <идентификатор> [(<список формал. параметров>)]

<оператор>

{<оператор>}

END SUB

<Идентификатор> - это имя процедуры, которое формируется по тем же правилам, что и имена переменных.

<список формал. параметров> ≡ <идентификатор> [()] AS <тип>{, <идентификатор> [()] AS <тип>}

Все переменные, которые используются при описании процедуры, можно разделить на два вида: локальные и глобальные.

Локальные переменные действуют только внутри тела процедуры и не доступны за ее пределами. По умолчанию все переменные в процедуре являются локальными.

Глобальные переменные имеют одинаковый смысл как внутри процедуры, так и в основной программе

Если описание процедуры в программе на языке Бейсик помещается после окончания основной программы, то заголовок процедуры может быть объявлен в начале программы с помощью оператора объявления процедуры или функции, имеющего вид:

DECLARE SUB <идентификатор> [(<список формальных параметров>)]

где <список формальных параметров> содержит имена аргументов процедуры с указанием их типов.

Вызов процедуры в Бейсике производится оператором:

CALL <идентификатор> [(<список фактических параметров>)]

При вызове <идентификатор> должен соответствовать имени вызываемой процедуры из оператора SUB. <Список фактических параметров> - это последовательность разделенных запятыми переменных, при значении которых необходимо выполнить процедуру. После имени массива обязательно указываются скобки. Между фактическими и формальными параметрами должно быть установлено взаимно однозначное соответствие: число и типы параметров должны совпадать.

Обмен данными между программой и подпрограммой осуществляется, как правило, через аппарат формальных и фактических параметров. Параметры процедуры или функции могут быть следующего вида:

Параметры-значения используются для определения исходных данных процедуры и аргументов функции, в списке формальных параметров перечисляются через запятую с обязательным указанием их типа. Параметры-переменные используются для определения результатов выполнения процедуры и в списке формальных параметров (на Паскале) помещаются после служебного слова Var. В заголовке функции параметры-переменные обычно не используются, так как вычисляемое значение функции возвращается не через параметры. При описании формальных параметров в языке Паскаль следует соблюдать следующие правила:

• Если несколько формальных параметров имеют один и тот же тип, имя типа можно указать один раз на всю группу, перечислив параметры через запятую.

• Слово Var необходимо указывать для каждой группы параметров-переменных.

• Тип формального параметра может быть стандартным или ранее объявленным типом, в заголовке подпрограммы нельзя вводить новый тип.

• Компоненты записи не могут подставляться на место формальных параметров-переменных.

• Файловые переменные должны соответствовать параметрам-переменным.

В качестве фактического параметра-значения может быть использовано выражение соответствующего типа, в частном случае – константа или переменная. При вызове подпрограммы вычисляется значение фактического параметра, полученный результат копируется во временную память и передается подпрограмме. В процессе выполнения подпрограммы параметр-значение может изменяться, но эти изменения никак не воспринимаются вызывающей программой, так как изменяется копия фактического параметра. Поэтому параметры-значения нельзя использовать для возврата результатов выполнения процедуры!

Фактический параметр-переменная может быть только переменной или типизированной константой соответствующего типа. При обращении к процедуре осуществляется передача адреса фактического параметра. Следовательно, подпрограмма имеет доступ непосредственно к фактическому параметру и может его изменять. Поэтому параметры-переменные используют при обозначении результатов работы процедуры, а также в случаях, когда параметр одновременно является входным и выходным. (Параметры-переменные передаются ссылкой.)

Обсудим случай, когда в качестве исходных данных в подпрограмму передается переменная структурированного типа, например имя массива. Определение ее как параметра-значения приведет при работе подпрограммы к созданию копии исходного массива. Можно определить ее как параметр-переменную, в этом случае копия исходного массива не создается, что повышает быстродействие и экономит память. Однако при такой передаче параметра (массива) возможно его нежелательное изменение в подпрограмме. В этой ситуации параметр (массив) лучше определить как параметр-константу; такой параметр, если он структурированного типа, передается своим адресом, но при этом предусматривается защита от его изменения в подпрограмме.

Параметр-константа описывается в заголовке подпрограммы аналогично параметру-значению, но после служебного слова Const. При вызове подпрограммы в качестве фактического параметра-константы можно использовать любое выражение соответствующего типа, в частном случае константу или переменную.

Параметр-константу нельзя передавать в другую подпрограмму в качестве фактического параметра!

Процедура аналогично программе состоит из заголовка и блока, содержащего, в свою очередь, раздел локальных описаний и раздел операторов процедуры.

Описание процедуры в языке Turbo Pascal:

<процедура TPascal> ≡ PROCEDURE <идентификатор> [(<список формал. параметров>)];

<блок>;

<Идентификатор> – это имя процедуры.

<список формал. параметров> ≡ (<парам. значение>|<парам. переменная>|<парам. процедурного типа>) {,(<парам. значение>|<парам. переменная>|<парам. процедурного типа>)}

<парам. значение> ≡ <идентификатор> {, <идентификатор>}: <тип>

<парам. переменная> ≡ VAR <идентификатор> {, <идентификатор>}: <тип>

Чтобы использовать процедуру (а также и функцию) в языке Паскаль, необходимо в разделе описаний программы поместить описание процедуры (функции), а в нужном месте исполняемой части программы указать обращение к ней. Для вызова процедуры используется оператора вызова процедуры, имеющего следующий вид:

<идентификатор> [(<список фактических параметров>)]

где <идентификатор> - имя процедуры, к которой происходит обращение; <список фактических параметров> - перечень конкретных значений (выражений) и имен, подставляемых на место формальных параметров процедуры при каждом ее вызове и выполнении.

В блок-схеме вызов процедуры обозначается следующим образом:

Где PROC – идентификатор процедуры, а A, B, … – передаваемые параметры.

Пример 3.1.1.

Составим программу, вычисляющую степень числа А с целым показателем N.

Y – результат возведения в степень

X, K, P – формальные параметры

I – вспомогательная переменная

Программа на QBasic:

SUB St (X AS SINGLE, K AS INTEGER, P AS SINGLE)

DEFINT I

P = 1

FOR I = 1 TO K

P = P*X

NEXT I

END SUB

DIM A AS SINGLE, N AS INTEGER, Y AS SINGLE

INPUT “Введите основание и показатель: ”; A, N

IF N>0 THEN

CALL St (A, N, Y)

ELSE

IF N<0 THEN St (1/A, -N, Y) ELSE Y = 1

END IF

PRINT A; “ в степени ”; N; “ = “; Y

END

Программа на TPascal:

VAR

A,Y: REAL;

N: INTEGER;

PROCEDURE St (X: REAL; K: INTEGER, VAR Y: REAL);

VAR

I: INTEGER;

BEGIN

P:= 1;

FOR I:= 1 TO K DO

P:= P*X

END;

BEGIN

WRITE (‘Введите основание и показатель: ‘);

READLN (A, N);

IF N>0 THEN

St (A, N, Y)

ELSE

IF N<0 THEN St (1/A, -N, Y) ELSE Y:= 1;

WRITELN (A, ‘ в степени ‘, N, ‘ = ‘, Y)

END.