Что такое подпрограмма в информатике
Процедура (программирование)
Подпрограмма (англ. subprogram ) — поименованная или иным образом идентифицированная часть компьютерной программы, содержащая описание определённого набора действий. Подпрограмма может быть многократно вызвана из разных частей программы. В языках программирования для оформления и использования подпрограмм существуют специальные синтаксические средства.
Содержание
Назначение подпрограмм.
Подпрограммы изначально появились как средство оптимизации программ по объёму занимаемой памяти — они позволили не повторять в программе идентичные блоки кода, а описывать их однократно и вызывать по мере необходимости. К настоящему времени данная функция подпрограмм стала вспомогательной, главное их назначение — структуризация программы с целью удобства её понимания и сопровождения.
Механизм подпрограмм, их описание и вызов
В простейшем случае (в ассемблерах) подпрограмма представляет собой последовательность команд (операторов), отдельную от основной части программы и имеющую в конце специальную команду выхода из подпрограммы. Обычно подпрограмма также имеет имя, по которому её можно вызвать, хотя ряд языков программирования допускает использование и неименованных подпрограмм. В языках высокого уровня описание подпрограммы обычно состоит по меньшей мере из двух частей: заголовка и тела. Заголовок подпрограммы описывает её имя и, возможно, параметры, то есть содержит информацию, необходимую для вызова подпрограммы. Тело — набор операторов, который будет выполнен всякий раз, когда подпрограмма будет вызвана.
Вызов подпрограммы выполняется с помощью команды вызова, включающей в себя имя подпрограммы. В большинстве современных языков программирования команда вызова представляет собой просто имя вызываемой подпрограммы, за которым могут следовать фактические параметры (см. ниже).
В следующем примере на языке Паскаль подпрограмма subprog вызывается из основной программы трижды:
Результатом выполнения такой программы станет вывод строки «Hello» и трёх строк «Bye».
Некоторые языки программирования (например, Паскаль, Ада, Модула-2) допускают описание вложенных подпрограмм, то есть помещение подпрограмм внутрь других подпрограмм. Такие вложенные подпрограммы могут использоваться только в той подпрограмме, в которой они описаны. В иных случаях (например, в языке Си) вложение подпрограмм не допускается. Никаких принципиальных преимуществ вложение подпрограмм не даёт, но может быть удобно для более логичной структуризации программы (если какая-то подпрограмма используется только в некоторой другой подпрограмме, логично поместить первую во вторую).
Параметры подпрограмм
Назначение параметров
Подпрограммы часто используются для многократного выполнения стереотипных действий над различными данными. Подпрограмма обычно имеет доступ к объектам данных, описанным в основной программе (по крайней мере, к некоторым из них), поэтому для того, чтобы передать в подпрограмму обрабатываемые данные, их достаточно присвоить, например, глобальным переменным. Но такой путь не особенно удобен и чреват ошибками.
Для обеспечения контролируемой передачи параметров в подпрограмму и возврата результатов из неё используется механизм параметров. Параметры описываются при описании подпрограммы (в её заголовке) и могут использоваться внутри процедуры аналогично переменным, описанным в ней. При вызове процедуры значения каждого из параметров указываются в команде вызова (обычно после имени вызываемой подпрограммы).
В приведённом примере параметр Line подпрограммы subprog в каждом вызове получает различное значение, благодаря чему выводятся не одинаковые строки, а разные.
Формальные и фактические параметры
Способ передачи параметров в подпрограмму
Существует несколько способов передачи параметров в подпрограмму.
Язык программирования может предоставлять возможность передавать параметры в подпрограммы либо только по значению (так сделано в языке Си), либо по значению и по ссылке (это реализовано в Паскале, Аде, C++), либо по имени и значению (это реализовано в языках Алгол и Алгол 68). Во последних двух случаях для различения способов передачи параметра используются отдельные синтаксическая конструкции (в Паскале это ключевое слово var при описании параметра). В действительности, если язык содержит понятие ссылки (указателя), то можно обойтись и без передачи параметра по ссылке (её всегда можно смоделировать, описав параметр типа «ссылка»), но эта возможность удобна, так как позволяет работать с формальным параметром-ссылкой без разыменования, а также повышает надёжность и безопасность программы.
На параметры, передаваемые по ссылке, накладываются естественные ограничения: фактический параметр, подставляемый на место такого параметра при вызове, обязан быть переменной (то есть иметь адрес), а в языках со строгой типизацией — ещё и иметь в точности такой же тип данных.
Виды подпрограмм
В языках программирования высокого уровня используется два типа подпрограмм: процедуры и функции.
Подпрограммы, входящие в состав классов в объектных языках программирования, обычно называются методами. Этим термином называют любые подпрограммы-члены класса, как функции, так и процедуры; когда требуется уточнение, говорят о методах-процедурах или методах-функциях.
Подпрограмма
Подпрограмма (англ. subroutine ) — поименованная или иным образом идентифицированная часть компьютерной программы, содержащая описание определённого набора действий. Подпрограмма может быть многократно вызвана из разных частей программы. В языках программирования для оформления и использования подпрограмм существуют специальные синтаксические средства.
Содержание
Назначение подпрограмм.
Подпрограммы изначально появились как средство оптимизации программ по объёму занимаемой памяти — они позволили не повторять в программе идентичные блоки кода, а описывать их однократно и вызывать по мере необходимости. К настоящему времени данная функция подпрограмм стала вспомогательной, главное их назначение — структуризация программы с целью удобства её понимания и сопровождения.
Механизм подпрограмм, их описание и вызов
В простейшем случае (в ассемблерах) подпрограмма представляет собой последовательность команд (операторов), отдельную от основной части программы и имеющую в конце специальную команду выхода из подпрограммы. Обычно подпрограмма также имеет имя, по которому её можно вызвать, хотя ряд языков программирования допускает использование и неименованных подпрограмм. В языках высокого уровня описание подпрограммы обычно состоит по меньшей мере из двух частей: заголовка и тела. Заголовок подпрограммы описывает её имя и, возможно, параметры, то есть содержит информацию, необходимую для вызова подпрограммы. Тело — набор операторов, который будет выполнен всякий раз, когда подпрограмма будет вызвана.
Вызов подпрограммы выполняется с помощью команды вызова, включающей в себя имя подпрограммы. В большинстве современных языков программирования команда вызова представляет собой просто имя вызываемой подпрограммы, за которым могут следовать фактические параметры (см. ниже).
В следующем примере на языке Паскаль подпрограмма subprog вызывается из основной программы трижды:
Результатом выполнения такой программы станет вывод строки «Hello» и трёх строк «Bye».
Некоторые языки программирования (например, Паскаль, Ада, Модула-2) допускают описание вложенных подпрограмм, то есть помещение подпрограмм внутрь других подпрограмм. Такие вложенные подпрограммы могут использоваться только в той подпрограмме, в которой они описаны. В иных случаях (например, в языке Си) вложение подпрограмм не допускается. Никаких принципиальных преимуществ вложение подпрограмм не даёт, но может быть удобно для более логичной структуризации программы (если какая-то подпрограмма используется только в некоторой другой подпрограмме, логично поместить первую во вторую).
Параметры подпрограмм
Назначение параметров
Подпрограммы часто используются для многократного выполнения стереотипных действий над различными данными. Подпрограмма обычно имеет доступ к объектам данных, описанным в основной программе (по крайней мере, к некоторым из них), поэтому для того, чтобы передать в подпрограмму обрабатываемые данные, их достаточно присвоить, например, глобальным переменным. Но такой путь не особенно удобен и чреват ошибками.
Для обеспечения контролируемой передачи параметров в подпрограмму и возврата результатов из неё используется механизм параметров. Параметры описываются при описании подпрограммы (в её заголовке) и могут использоваться внутри процедуры аналогично переменным, описанным в ней. При вызове процедуры значения каждого из параметров указываются в команде вызова (обычно после имени вызываемой подпрограммы).
В приведённом примере параметр Line подпрограммы subprog в каждом вызове получает различное значение, благодаря чему выводятся не одинаковые строки, а разные.
Формальные и фактические параметры
Способ передачи параметров в подпрограмму
Существует несколько способов передачи параметров в подпрограмму.
Язык программирования может предоставлять возможность передавать параметры в подпрограммы либо только по значению (так сделано в языке Си), либо по значению и по ссылке (это реализовано в Паскале, Аде, C++), либо по имени и значению (это реализовано в языках Алгол и Алгол 68). В последних двух случаях для различения способов передачи параметра используются отдельные синтаксическая конструкции (в Паскале это ключевое слово var при описании параметра). В действительности, если язык содержит понятие ссылки (указателя), то можно обойтись и без передачи параметра по ссылке (её всегда можно смоделировать, описав параметр типа «ссылка»), но эта возможность удобна, так как позволяет работать с формальным параметром-ссылкой без разыменования, а также повышает надёжность и безопасность программы.
На параметры, передаваемые по ссылке, накладываются естественные ограничения: фактический параметр, подставляемый на место такого параметра при вызове, обязан быть переменной (то есть иметь адрес), а в языках со строгой типизацией — ещё и иметь в точности такой же тип данных.
Виды подпрограмм
В языках программирования высокого уровня используется два типа подпрограмм: процедуры и функции.
Подпрограммы, входящие в состав классов в объектных языках программирования, обычно называются методами. Этим термином называют любые подпрограммы-члены класса, как функции, так и процедуры; когда требуется уточнение, говорят о методах-процедурах или методах-функциях.
Что такое подпрограмма в информатике
Освоение работы с подпрограммами, с параметрами по ссылке, параметрами по значению, с досрочным выходом из программ и подпрограмм, с областью видимости переменных.
Подпрограммы
Процедуры
Параметры
Этот пример уже сложнее, правда? На самом деле, всё просто. Давайте разберем, что тут к чему. Итак, строка объявления процедуры:
Пойдем дальше. А дальше мы объявляем вещественную переменную r :
Теперь мы сможем вызывать эту процедуру, когда необходимо, и передавать ей различные числа в виде строки. А уж функция сама позаботится обо всех необходимых преобразованиях, об удвоении числа и выводе результатов на экран.
Кстати, сами данные, которые мы передаём в подпрограмму, называются аргументами или фактическими параметрами. В примере вызова процедуры
В качестве параметров в процедуре можно использовать не одну, а множество переменных. Если они имеют одинаковый тип, то их имена разделяют запятыми, а тип указывается в конце сразу для всех параметров. Например:
Если параметры имеют разные типы, их разделяют точкой с запятой:
В свойстве Caption формы напишем
Ниже установите простую кнопку TButton, в Caption которой напишите текст:
Разумеется, будут и другие примеры. Подровняйте компоненты, при необходимости измените их размеры. Наша форма должна выглядеть примерно так:
Пока что мы будем вынуждены доверять пользователю, что он введет в поле Edit1 число, и ничего более. Но на прошлой лекции вам было обещано показать реализацию «защиты от дураков», так что чуть позже мы и это сделаем.
Сгенерируйте событие нажатия на кнопку, оно будет таким:
Теперь нам нужно создать процедуру Udvoenie выше нашего события, сразу после комментария
Текст процедуры приведен выше.
Функции
Функции являются такими же подпрограммами, как и процедуры, с одной разницей: они возвращают значение указанного типа. Функция начинается с ключевого слова function и имеет следующий синтаксис :
Кстати, вместо системной переменной Result можно использовать имя функции :
Хорошо, опробует функции на практике. Ниже Button1 добавьте Button2 с текстом в Caption :
Обратите внимание, здесь мы пошли немного другим путем. Мы создали функцию, которая лишь возвращает результирующее число в виде строки, а вывод этой строки на экран организовали при вызове функции, в строке
Параметры по ссылке
Если вы передаете в подпрограмму параметры как по значению, так и по ссылке, то параметры по ссылке должны идти в описании последними. Вот пример объявления процедуры с множеством параметров:
Сгенерируйте событие OnClick для нее, и чуть выше опишите процедуру, которая будет принимать и изменять параметр по ссылке, следующим образом:
Этот пример отличается от предыдущих, но выполняет ту же работу, и с тем же результатом. В процедуре UdvoeniePoSsilke всего одна строка
Описание подпрограмм с их предварительным объявлением
Видите, компилятор обращается вначале к форме, и только потом к самому событию? А вот в случае подпрограмм мы обращаемся напрямую к процедуре или функции. Но есть способ объявления подпрограммы, как части формы. Такой способ предоставляет нам следующие преимущества:
Давайте посмотрим, как это делается на практике. Добавьте четвертую кнопку ниже предыдущих трех, с надписью в Caption
Сгенерируйте для неё событие нажатия на кнопку, в котором просто укажем вызов процедуры MyPrivat :
Никаких параметров нам в данном случае не нужно, мы будем обращаться к свойству Text компонента Edit1 прямо из нашей подпрограммы. И обратите внимание, в описании перед именем процедуры указано имя формы. Отредактируйте подпрограмму следующим образом:
Комментарии достаточно подробны, чтобы вы смогли разобраться с кодом. Подобный способ применения подпрограмм с предварительным объявлением является наиболее удобным, советую использовать именно его. Подпрограммы без предварительного объявления стоит использовать только в простейших случаях, когда, к примеру, нужно рассчитать какие-то данные, ну например, преобразовать значения температуры из шкалы в Фаренгейтах в шкалу по Цельсию. Тогда можно описать функцию подобного преобразования выше, и передавать в неё различные величины. Но даже и такую подпрограмму можно предварительно объявить!
Область видимости переменных
Далее сгенерируем описание этой процедуры ( ). Само описание будет очень простым:
Как видите, здесь мы работаем с той же глобальной переменной, не объявляя её внутри процедуры, поскольку она уже объявлена.
Глобальные переменные очень удобны, однако используйте их только там, где это действительно необходимо. Ведь память для глобальной переменной выделяется, когда вы загружаете программу, и не освобождается, пока вы программу не закроете.
Досрочный выход из подпрограмм и программы
Подпрограммы
В практике программирования часто складываются ситуации, когда одну и ту же группу операторов, реализующих определённую цель, требуется повторить без изменений в нескольких местах программы. Для избавления от столь нерациональной траты времени была предложена концепция подпрограммы.
4.1 Общие сведения о подпрограммах. Локальные и глобальные переменные
Для правильного определения области действия идентификаторов (переменных) необходимо придерживаться следующих правил:
4.2 Формальные и фактические параметры. Передача параметров в подпрограмму
Обмен информацией между вызываемой и вызывающей функциями осуществляется с помощью механизма передачи параметров. Переменные, указанные в списке в заголовке функции, называются формальными параметрами, или просто параметрами подпрограммы. Все переменные из этого списка могут использоваться внутри подпрограммы. Список переменных в операторе вызова подпрограммы — это фактические параметры, или аргументы.
Механизм передачи параметров обеспечивает обмен данных между формальными и фактическими параметрами, что позволяет выполнять подпрограмму с различными данными. Между фактическими параметрами в операторе вызова и формальными параметрами в заголовке подпрограммы устанавливается взаимно однозначное соответствие. Количество, типы и порядок следования формальных и фактических параметров должны совпадать.
Формальные параметры процедуры можно разделить на два класса: параметры-значения и параметры-переменные.
При передаче данных через параметры-значения в подпрограмму передаются значения фактических параметров, и доступа к самим фактическим параметрам из подпрограммы нет. При передаче данных параметры-переменные заменяют 1 Реально в подпрограмму передаются адреса фактических параметров. формальные параметры, и, следовательно, в подпрограмме есть доступ к значениям фактических параметров. Любое изменение параметров-переменных в подпрограмме приводит к изменению соответствующих им формальных параметров. Следовательно, входные данные следует передавать через параметры-значения, для передачи изменяемых в результате работы подпрограммы данных следует использовать параметры-переменные.
От общетеоретических положений перейдём к практическому использованию подпрограмм при решении задач. Изучение подпрограмм начнем с процедур.
4.3 Процедуры
Описание процедуры имеет вид:
procedure name_1( r : real; i : integer; c : char );
Однотипные параметры могут быть перечислены через запятую:
procedure name_2( a, b : real; i, j, k : integer );
Список формальных параметров необязателен и может отсутствовать:
Если в заголовке процедуры будут применяться параметры-переменные, то перед ними необходимо указывать служебное слово var :
procedure name_4( x, y : real; var z : real );
Для обращения к процедуре необходимо использовать оператор вызова:
Фактические параметры в списке оператора вызова отделяются друг от друга запятой:
a : = 5. 3; k : = 2; s := ’ a ’;
Если в описании процедуры формальные параметры отсутствовали, то и при вызове их быть не должно:
Алгоритм решения этой задачи был подробно описан в задаче 3.3 (рис. 3.14). Однако там не была рассмотрена ситуация некорректного ввода значений коэффициентов. Например, если пользователь введёт 
, то уравнение из квадратного превратится в линейное. Алгоритм решения линейного уравнения тривиален: 
, при условии, что 
. Чтобы не усложнять уже составленный алгоритм решения квадратного уравнения, запишем его в виде подпрограммы-процедуры. Далее приведён фрагмент программы с комментариями:
Pascal: Занятие № 7. Подпрограммы: процедуры в Pascal
Процедуры в Паскале
Подпрограмма — это фрагмент кода, который имеет свое имя и создается в случае необходимости выполнять этот код несколько (много) раз. Подпрограмма описывается единожды перед началом основной программы (до begin ). Компилятор пропускает данный фрагмент кода, пока в основной программе не встретит «вызов» подпрограммы, который выглядит как обращение к ней по имени (возможно, имени с аргументами, указанными в скобках).
Во многих языках программирования подпрограммы существуют только в виде функций. Однако в Паскале подпрограмма — и функция и процедура. Разница между ними станет очевидна в данном уроке.
Итак, рассмотрим синтаксис объявления и описания процедуры в Паскале
procedure pr; var i:integer; begin for i:=1 to 60 do begin <тело подпрограммы>write(‘*’); writeln; end; end; <конец подпрограммы>begin pr; <вызов процедуры>end.
В данном примере работы с процедурой в Паскале очевидно, что компилятор пропустит блок описания процедуры и дойдет до основной программы (9 строка кода). И только после того, как встретится вызов процедуры (10 строка), компилятор перейдет к ее выполнению, вернувшись к строке 1.
Процедуры с параметрами. Фактические и формальные параметры
Рассмотрим пример необходимости использования процедуры.
Особенность: Три похожие фигуры.
Алгоритм решения:
Решение на паскале:
Процедура: 
uses GraphABC; procedure Tr( x, y: integer; color:system.Drawing.Color); begin MoveTo(x, y); LineTo(x, y-60); LineTo(x+100, y); LineTo(x, y); FloodFill(x+20, y-20,color); end; begin SetPenColor(clBlack); Tr(100, 100, clBlue); Tr(200, 100, clGreen); Tr(200, 160, clRed); end.
Рассмотрим синтаксис объявления и описания процедуры с параметрами в Паскале.
Параметры процедуры (в некоторых языках они называются аргументами) указываются в скобках после ее имени (в объявлении).
В данном примере в качестве введенного символа будем использовать параметр процедуры. Формальный параметр процедуры указывается в скобках при ее описании. Обязательно необходимо указать тип формального параметра через двоеточие.
Фактический параметр — это то значение, которое указывается в скобках при вызове процедуры. Фактическим параметром может быть конкретное значение (литерал: число, символ, строка…) либо переменная, которые компилятор подставит вместо формального параметра. Поэтому тип данных у формального и фактического параметра процедуры должен быть одинаковым.
