Programmieren Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr Funktionen.

Programmieren

Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr

Funktionen

2FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

Gliederung

Definition Funktionsdeklaration Funktionsaufruf, Parameterübergabe Formalparameter, Aktualparameter Verlassen von Funktionen inline-Funktionen Vorgabeargumente Lokale und statische Variablen Überladen von Funktionen Referenzen als Parameter Rekursion


Funktionen – eine Definition

“benutzerdefinierte Operationen” erlauben, eine Reihe von Anweisungen zu einer einzelnen

zusammenzufassen. Aufbau:

– Ergebnistyp der Funktion

– Name

– Parameterliste in runden Klammern

– in geschweiften Klammern: Funktionsrumpf, beinhaltet die eigentlichen Anweisungen.


Beispiel

int ggt(int a, int b) // Funktionskopf{ // Funktionsrumpf int rest; // lokale Variable, gilt nur in ggt do { rest = a % b; a = b; b = rest; } while (rest>0); return a; // Rueckgabe Ergebniswert}

int ggt(int a, int b) // Funktionskopf{ // Funktionsrumpf int rest; // lokale Variable, gilt nur in ggt do { rest = a % b; a = b; b = rest; } while (rest>0); return a; // Rueckgabe Ergebniswert}


Funktionsdeklaration

Eine Funktionsdeklaration gibt den Namen der Funktion, den Typ des zurückgelieferten Funktionswerts sowie Anzahl und Typen der Parameter bekannt.

Funktionsdeklarationen werden auch als Prototypen bezeichnet.


Funktionsaufruf, Parameterübergabe

Wird eine Funktion definiert, so wird Code für diese Funktion erzeugt. Allerdings wird dieser Code nicht automatisch ausgeführt!

Ausführung der Funktion: Name mit speziellem Funktionsaufrufoperator ().

Dieser Operator wird nach dem Funktionsnamen notiert, in den runden Klammern werden ggf. die Parameter ("Argumente") angegeben:

ch = intToChar(a); // ruft intToChar mit Parameter a aufch = intToChar(a); // ruft intToChar mit Parameter a auf


Formalparameter, Aktualparameter

Formale Parameter = Platzhalter, die beim Funktionsaufruf mit Werten gefüllt werden.

Die Bezeichnung von formalen und aktuellen Parameter müssen nicht übereinstimmen, sie müssen jedoch typkompatibel sein!

int ggt(int a, int b) // Formale Parameter a und b{ ... }void main(){ cout << ggt(x, y); // Aktualparameter x, y cout << ggt(f, 1); // Aktualparameter f, 1 cout << ggt((3*12+4), 18); // Aktualparameter 40, 18}

int ggt(int a, int b) // Formale Parameter a und b{ ... }void main(){ cout << ggt(x, y); // Aktualparameter x, y cout << ggt(f, 1); // Aktualparameter f, 1 cout << ggt((3*12+4), 18); // Aktualparameter 40, 18}


Funktionsaufruf ohne Parameter

Achtung: Der Funktionsname ohne Klammern stellt einen konstanten Zeiger auf die Anfangsadresse der Funktion dar und bewirkt keinen Aufruf!

==> Besitzt die aufgerufene Funktion keine Parameter, muss also eine leere Argumentliste angegeben werden.

ok = clearScreen(); // Aufruf der Prozedur clearScreen // ohne Parameterok = clearScreen; // Fehler, kein Funktionsaufruf!

ok = clearScreen(); // Aufruf der Prozedur clearScreen // ohne Parameterok = clearScreen; // Fehler, kein Funktionsaufruf!


Verlassen von Funktionen

für Funktionen des Typs void:return;

für andere Typen (z.B. int):return 0;

Hinweis: Oftmals wird der Rückgabewert in Klammern gesetzt; dies ist jedoch nicht nötig


Der Argumentmodifizierer const

Simulation eines “Read-only-Parameters” In der folgenden Funktionen ist es nicht möglich, den Parameter

msg zu verändern:

long quad_p1(const int i){ i = i + 1; // falsch

return i*i;}

long quad_p1(const int i){ i = i + 1; // falsch

return i*i;}

Auch der Rückgabewert einer Funktion lässt sich mit const-Deklaration vereinbaren!


inline-Funktionen

In C häufig eingesetzt: Makros, wie z. B.

#define MAX(a,b) (((a)>(b)) ? (a) : (b))

– Makros werden in C vom Präprozessor expandiert; keinerlei Typprüfungen, Expandierung liegt nicht in der Kontrolle des C++-Compilers.

In C++: inline-Funktionen. Vorteil: Performance-Gewinn

inline int max(int a, int b){ if (a >= b) return a; else return b;}

inline int max(int a, int b){ if (a >= b) return a; else return b;}


inline-Funktionen II

Inline-Funktionen sind Empfehlung an den Compiler. Geeignet für kurze Funktionen mit einfachen Operationen mit einem

oder mehreren Parametern. Vorgehen: Funktionen erst konventionell implementieren und

debuggen, dann erst Inline-Schlüsselwort einfügen.


Vorgabeargumente

Aufbau der Parameterliste:– Zunächst Parameter ohne Vorgabewerte,– dann ggf. Parameter mit Vorgabewerten.

void message(const char* msg, const char* name = "Frank")void message(const char* msg, const char* name = "Frank")

Bei Aufruf: Aktualparameter für jeden Parameter ohne Vorgabewerte; für Parameter mit Vorgabewerten kann Aktualparameter entfallen; geschieht dies für einen Parameter, müssen nachfolgende

ebenfalls entfallen.


Vorgabeargumente - Beispiel

// C++ program that illustrates default arguments#include <iostream.h>

void message(const char* msg, const char* name = "Keith"){

cout << name << " says \"" << msg << '\"' << endl;}

int main(){

message("Hi there!");message("Hi yourself!", "Kevin");return 0;

}

// C++ program that illustrates default arguments#include <iostream.h>

void message(const char* msg, const char* name = "Keith"){

cout << name << " says \"" << msg << '\"' << endl;}

int main(){

message("Hi there!");message("Hi yourself!", "Kevin");return 0;

}

Quelle: Craigh Arnush: Borland C++ in 21 Tagen.


Vorgabeargumente - Bedeutung

Default-Argumente können unter anderem dann von Nutzen sein, wenn in eine bereits existierende Funktion weitere Argumente aufgenommen werden sollen, ohne die Syntax von bestehenden Funktionsaufrufen zu verändern. Dazu werden die neuen Argumente als Default-Parameter in die Funktionsdeklaration aufgenommen (die korrespondierende Funktionsdefinition muß dann angepaßt werden).

Im Hinblick auf getrennte Übersetzung und die Erstellung größerer Programmsysteme (Zerlegung in Header- und Programmdateien): Default-Werte von Parametern immer in den entsprechenden Prototypen und nicht in den Funktionsdefinitionen angeführen!


Lokale Variablen in Funktionen

Jede Funktion kann ihre eigenen Datentypen, Konstanten und Variablen haben.

Lokalen Variablen nur so lange existent, während die Funktion aufgerufen ist.

Beendigung der Funktion: lokale Variablen werden eliminiert.


Statische Variablen I

In manchen Fällen muss der Wert einer Variablen zwischen einzelnen Funktionsaufrufen erhalten bleiben:==> “statische Variablen”,==> Schlüsselwort static.

Der Zugriff auf diese Variablen kann nur innerhalb dieser Funktion erfolgen.


Statische Variablen II

// C++ program illustrates static local variables#include <iostream.h>double average(double x){

static double count = 0;static double sum = 0;++count;sum += x;return sum / count;

}int main(){

cout << "average = " << average(1) << endl;cout << "average = " << average(2) << endl;cout << "average = " << average(4) << endl;cout << "average = " << average(10) << endl;cout << "average = " << average(11) << endl;return 0;

}

// C++ program illustrates static local variables#include <iostream.h>double average(double x){

static double count = 0;static double sum = 0;++count;sum += x;return sum / count;

}int main(){

cout << "average = " << average(1) << endl;cout << "average = " << average(2) << endl;cout << "average = " << average(4) << endl;cout << "average = " << average(10) << endl;cout << "average = " << average(11) << endl;return 0;

}


Überladen von Funktionen

Unterschiedliche Funktionen können gleich heißen, sie müssen jedoch aufgrund der (übergebenen) Parameter unterscheidbar sein.

#include <iostream.h>void gibAus(const char* string){ cout << " gibAus(\"" << string << "\")" << endl;}void gibAus(int i){ cout << " gibAus (" << i << ")" << endl;}int main(void){ gibAus("string printing"); // calls gibAus(const char*) gibAus(5); // calls gibAus(int) return 0;}

Ergebnis:

gibAus("string printing")gibAus(5)


Überladen von Funktionen: Bedeutung

Wir nutzen bereits überladene Operatoren: << und >> bei cout bzw. cin.

Überladen von Funktionen und Operatoren wichtig für objektorientierte Programmierung:– Konstruktoren

– Überladen von Operatoren wie =, <> …


Signatur einer Funktion I

Unterscheidung überladener Funktionen an Hand ihrer Signatur: Anzahl und Typen der Parameter.

Beim Aufruf vergleicht der Compiler die Argumenttypen mit den verschiedenen Signaturen der Funktionen und ruft die passende Funktion auf.

Implizite Typumwandlungen werden durchgeführt.

int min (int x, int y) {...}double min (double x, double y) {...}double ergebnis, zahl = 5.5;ergebnis = min(zahl, 10.0); // double-Version!


Signatur einer Funktion II

Der Ergebnistyp der Funktion gehört nicht zur Signatur.

int f1 (char* key) {...}char* f1 (char* name) {...} // unzulässig, da Signatur // identisch!


Definition von Referenzen

Referenz = Ersatzbezeichner für eine bereits deklarierte Variable. ==> Referenz steht für die Variable, die sie referenziert. Definition einer Referenz über das Zeichen&.

Beispiel:double dfEasting = 3489800.31;double& rdfEasting = dfEasting;

rdfEasting ist dann eine andere Bezeichnung für dfEasting und hat den Typ “Referenz auf double”.

Zuweisungen an rdfEasting betreffen nun die Variable dfEasting:rdfEasting = rdfEasting - 1000;


Referenzen als Parameter I

Referenzen werden hauptsächlich als Funktionsparameter eingesetzt:

==> Syntaktisch deutlich einfachere Nutzung von “Call by Reference-Parametern” als in C (dort nur über Zeiger).

Vorteile:– Zugriff auf das referenzierte Argument einfach.

– Ein Parameter, der das Argument referenziert, ist genauso effizient wie ein Zeiger als Parameter.


Referenzen als Parameter II

Beispiel:...void swap(long& lTest1, long& lTest2){ long lTemp = lTest1; lTest1 = lTest2; lTest2 = lTemp;}int main(){ long lVar1 = 10, lVar2 = 20; swap(lVar1,lVar2); cout << lVar1 << “ “ << lVar2 << endl;}


Rekursion

Eine Funktion, die sich selbst direkt oder indirekt (über den Umweg anderer Funktionen) aufruft, wird als rekursiv bezeichnet.

Viele mathematische Funktionen sind rekursiv definiert. Rekursion: mächtiges Konzept, das zur Lösung ,,rekursiver

Probleme`` eingesetzt werden sollte. Der Einsatz von Rekursion bei der Lösung von iterativen Problemen sollte unterbleiben.

long fak(int n){ if (n == 0) { return 1; } else { return fak(n-1)*n; }}

long fak(int n){ if (n == 0) { return 1; } else { return fak(n-1)*n; }}


Quiz I

Wie sieht die Ausgabe des folgenden Programms aus?

#include <iostream.h>void swap(int i, int j){ int temp = i; i = j; j = temp;}int main(){ int a = 10, b = 20; swap (a, b); cout << “ a = “ << a << “ b = “ << b; return 0;}

#include <iostream.h>void swap(int i, int j){ int temp = i; i = j; j = temp;}int main(){ int a = 10, b = 20; swap (a, b); cout << “ a = “ << a << “ b = “ << b; return 0;}


Quiz II

Wo liegt der Fehler bei folgender Funktion?

double volumen(double laenge, double breite = 1,double hoehe)

{ return laenge * breite * hoehe)}

double volumen(double laenge, double breite = 1,double hoehe)

{ return laenge * breite * hoehe)}


Quiz III

Wie sieht die Ausgabe des folgenden Programms aus?

int iNeu(int& i, int increment = 1){ return I + increment;}

int iNeu(int& i, int increment = 1){ return I + increment;}


Quiz IV

Wo liegt bei diesen überladenen Funktionen ein Problem?

int iNeu(int& iStart, int increment = 1){ return iStart + increment;}

int iNeu(int& iStart){ return iStart + 10;}

int iNeu(int& iStart, int increment = 1){ return iStart + increment;}

int iNeu(int& iStart){ return iStart + 10;}


Quiz V

Wo gibt es ein Problem?

#include <iostream.h>int main(){ int a = 10, b = 20; cout << “Produkt der beiden Zahlen ist: “; cout << mult (a, b); return 0;}

void mult(int i, int j){

return i*j;}

#include <iostream.h>int main(){ int a = 10, b = 20; cout << “Produkt der beiden Zahlen ist: “; cout << mult (a, b); return 0;}

void mult(int i, int j){

return i*j;}

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