4.5.1. Зачем нужны функции
Функции нужны в ситуациях, когда требуется выделить некие вычисления и присвоить им конкретное имя, руководствуясь следующими соображениями.
• Эти вычисления логически отделены от других.
• Отделение вычислений делает программу яснее (с помощью присваивания имен функциям).
• Функцию можно использовать в разных местах программы.
• Использование функций упрощает отладку программы.
В дальнейшем мы увидим много примеров, в которых следует руководствоваться этими соображениями. Обратите внимание на то, что в реальных программах используются тысячи функций и даже несколько сотен тысяч функций. Очевидно, что мы никогда не сможем понять такие программы, если их части (т.е. фрагменты вычислений) не будут отделены друг от друга и не получат имен. Кроме того, как мы вскоре убедимся, многие функции часто оказываются полезными в разных ситуациях, и повторять один и тот же код каждый раз довольно утомительно. Например, вы, конечно, можете писать выражения вида
x*x
, или
7*7
, или
(x+7)*(x+7)
, а не
square(x)
,
square(7)
или
square(x+7)
. Однако функция square сильно упрощает такие вычисления. Рассмотрим теперь извлечение квадратного корня (в языке С++ эта функция называется
sqrt
): можете написать выражение
sqrt(x)
, или
sqrt(7)
, или
sqrt(x+7)
, а не повторять код, вычисляющий квадратный корень, запутывая программу. И еще один аргумент: можете даже не интересоваться, как именно вычисляется квадратный корень числа в функции
sqrt(x)
, — достаточно просто передать функции аргумент
x
.
В разделе 8.5 мы рассмотрим множество технических деталей, связанных с функциями, а пока рассмотрим еще один пример. Если мы хотим действительно упростить цикл в функции
main()
, то можно было бы написать такой код:
void print_square(int v)
{
cout << v << '\t' << v*v << '\n';
}
int main()
{
for (int i = 0; i<100; ++i) print_square(i);
}
Почему же мы не использовали версию программы на основе функции
print_square()
? Дело в том, что эта программа ненамного проще, чем версия, основанная на функции
square()
, и, кроме того,
• функция
print_square()
является слишком специализированной и вряд ли будет использована в другой программе, в то время как функция
square()
, скорее всего, будет полезной для других пользователей;
• функция
square()
не требует подробной документации, а функция
print_square()
очевидно требует пояснений.
Функция
print_square()
выполняет два логически отдельных действия:
• печатает числа;
• вычисляет квадраты.
Программы легче писать и понимать, если каждая функция выполняет отдельное логическое действие. По этой причине функция
square()
является более предпочтительной.
В заключение попробуем ответить, почему мы использовали функцию
square(i)
, а не выражение
i*i
, использованное в первой версии программы? Одной из целей функций является упрощение кода путем распределения сложных вычислений по именованным функциям, а для программы 1949 года еще не было аппаратного обеспечения, которое могло бы непосредственно выполнить операцию “умножить”. По этой причине в первоначальной версии этой программы выражение
i*i
представляло собой действительно сложное вычисление, как если бы вы выполняли его на бумаге. Кроме того, автор исходной версии, Дэвид Уилер, ввел понятие функций (впоследствии названных процедурами) в современном программировании, поэтому было вполне естественно, что он использовал их в своей программе.
ПОПРОБУЙТЕ
Реализуйте функцию
square()
не используя оператор умножения; иначе говоря, выполните умножение
x*x
с помощью повторного сложения (начиная с переменной, равной нулю, и
х
раз добавляя к ней число
x
). Затем выполните версию первой программы, используя функцию
square()
.
4.5.2. Объявления функций
Вы заметили, что вся информация, необходимая для вызова функции, содержится в первой строке ее объявления? Рассмотрим пример.
int square(int x)
Этой строки уже достаточно, чтобы написать инструкцию
int x = square(44);
На самом деле нам не обязательно заглядывать в тело функции. В реальных программах мы часто не хотим углубляться в детали реализации тела функции. Зачем нам знать, что написано в теле стандартной функции
sqrt()
? Мы знаем, что она извлекает квадратный корень из своего аргумента. А зачем нам знать, как устроено тело функции
square()
? Разумеется, в нас может разжечься любопытство. Но в подавляющем большинстве ситуаций достаточно знать, как вызвать функцию, взглянув на ее определение. К счастью, в языке С++ существует способ, позволяющий получить эту информацию, не заглядывая в тело функции. Эта конструкция называется
объявлением функции.
int square(int); // объявление функции square
double sqrt(double); // объявление функции sqrt
Обратите внимание на завершающие точку с запятой. Они используются в объявлении функции вместо ее тела, заданного в определении.
int square(int x) // определение функции square
{
return x*x;
}
Итак, если мы хотим просто использовать функцию, то достаточно написать ее объявление, а чаще — выполнить директиву
#include
. Определение функции может быть в любом другом месте. Это “любое другое место” мы укажем в разделах 8.3 и 8.7. В более крупных программах разница между объявлениями и определениями становится существеннее. В этих программах определения позволяют сосредоточиться на локальном фрагменте программы (см. раздел 4.2), не обращая внимания на остальную часть кода.
