Подпрограммы. Локальные и глобальные переменные

Будем называть процедуры и функции подпрограммами, так как они входят внутрь программы.

Деление переменных на локальные и глобальные является способом повышения надежности больших программ и понижения вероятности запутаться при их написании. Программы, создаваемые сегодня профессиональными программистами, очень велики - десятки и сотни тысяч строк. Таково, например, большинство игровых программ. Естественно, один человек не может достаточно быстро создать такую программу, поэтому пишется она обычно большой группой программистов. Для этого программа делится на десятки и сотни подпрограмм, и каждый программист пишет одну или несколько подпрограмм.

Исследуем взаимодействие подпрограмм в такой программе. Для этого рассмотрим глупую простую "сложную" программу А, вся задача которой - выполнить по порядку следующие вещи:

1) присвоить значение 5 переменной х,

2) затем вызвать процедуру В, зачем-то возводящую 10 в квадрат и печатающую текст "Результат равен ",

3) и наконец, напечатать значение х:

VAR x,y : Integer;

PROCEDURE B; BEGIN y:=10*10; Write('Результат равен ') END;

Begin

x:=5;

B;

WriteLn(x);

End.

Очевидно, программа напечатает Результат равен 5.

Пусть программу А пишет программист А, он же руководитель всего проекта, а процедуру В - программист В. Когда дело касается большой программы, каждый программист досконально знает только задачу, решаемую его подпрограммой, а об остальных подпрограммах и обо всей программе он может иметь лишь минимальное представление. Задача руководителя проекта - умело разделить программу на подпрограммы и четко поставить задачу для каждой подпрограммы.

Сами подпрограммы тоже достаточно велики, и каждая из них может использовать десятки переменных. При этом возникает опасность, что автор какой-нибудь подпрограммы случайно использует внутри подпрограммы для ее нужд имя переменной, используемой в другой подпрограмме или в общей программе для других нужд, и таким образом испортит ее значение. Пусть, например, в нашей процедуре В ее автор опрометчиво присвоил бы значение 10*10 переменной с именем х. Тогда программа выглядела бы так:

VAR x,y : Integer;

PROCEDURE B; BEGIN x:=10*10; Write('Результат равен ') END;

Begin

x:=5;

B;

WriteLn(x);

END.

Очевидно, данная программа напечатала бы Результат равен 100.

Для защиты от таких ошибок руководитель проекта должен внимательно следить, чтобы разные подпрограммы не использовали переменных с одинаковыми именами. Но для больших программ этот контроль очень трудоемок и неудобен. Вместо этого в современных языках программирования разработан механизм локальных переменных. Локальная переменная- это переменная, описанная не в главной программе, а внутри подпрограммы. Если программист В знает, что его число 10*10 нигде, кроме как в процедуре В, не нужно, он описывает соответствующую переменную х внутри процедуры В, ничуть не заботясь, что переменные с таким же именем встречаются в других местах программы:

VAR x : Integer;

PROCEDURE B;

VAR x : Integer;

BEGIN x:=10*10; Write('Результат равен ') END;

Begin

x:=5;

B;

WriteLn(x);

END.

Данная программа напечатает Результат равен 5. Произойдет это вот по какой причине: Переменные, описанные внутри и снаружи подпрограммы, компилятор считает разными переменными, даже если они имеют одинаковые имена. Переменная х, описанная в программе, это совсем другая переменная, чем х, описанная в подпрограмме, и помещаются эти переменные в разных местах памяти. Поэтому и не могут друг друга испортить. Вы можете вообразить, что это переменные с разными именами xглоб и xлок.

Переменная, описанная внутри подпрограммы, невидима снаружи. Она локальна в этой подпрограмме. Она существует, пока работает подпрограмма, и исчезает при выходе из подпрограммы.

Переменная, описанная в главной программе, называется глобальной переменной. Она видна отовсюду в программе и внутри подпрограмм и каждая подпрограмма программы может ее испортить. Но когда подпрограмма натыкается на переменную x, описанную внутри самой этой подпрограммы, то она работает только с ней и не трогает переменную x, описанную снаружи.

Рассмотрим еще один пример:

VAR x,z : Integer;

PROCEDURE B;

VAR x,y : Integer;

BEGIN

x:=20; y:=30; z:=40

END;

Begin

x:=1; z:=2;

B;

WriteLn(x,' ',z)

END.

Программа напечатает 1 40. Пояснение: Оператор WriteLn(x,z) находится снаружи процедуры В, и поэтому локальная переменная х=20, описанная внутри В, из него не видна. Зато прекрасно видна глобальная переменная х=1, которую он и печатает. Переменная же z не описана внутри В, поэтому она глобальна, и оператор z:=40 с полным правом меняет ее значение с 2 на 40.

Для полной ясности приведу порядок работы компьютера с этой программой:

1) В сегменте данных оперативной памяти компилятор отводит место под Х глобальное и Z глобальное.

2) Программа начинает выполняться с присвоения значений Х глобальное = 1 и Z глобальное = 2.

3) Вызывается процедура В. При этом в стеке оперативной памяти отводится место под Х локальное и У локальное.

4) Присваиваются значения Х локальное = 20, У локальное = 30 и Z глобальное = 40.

5) Программа выходит из процедуры В. При этом исчезают переменные Х локальное = 20 и У локальное = 30.

6) Компьютер печатает Х глобальное = 1 и Z глобальное = 40.

Формальные параметрыподпрограмм являются локальными переменными в этих подпрограммах. Сколько их ни меняй внутри подпрограммы – одноименные глобальные переменные не изменятся. Не изменятся также и фактические параметры. В этом смысле они «защищены», что значительно повышает надежность программ. (Это не относится к так называемым параметрам-переменным, о которых речь позже).

Массивы как параметры

Параметрами подпрограмм могут быть переменные не только простых, но и сложных типов, таких как массивы, записи, множества. Рассмотрим для иллюстрации пример с массивами.

Задача: Имеется два массива, по два числа в каждом. Напечатать сумму элементов каждого массива. Использовать функцию sum, единственным параметром которой является имя суммируемого массива.

Программа:

TYPE vector = array [1..2] of Integer;

VAR a,b : vector;

FUNCTION sum (c:vector):Integer;

BEGIN sum:=c[1]+c[2] END;

BEGIN

a[1]:=10; a[2]:=20;

b[1]:=40; b[2]:=50;

WriteLn (sum(a),' ',sum(b));

END.

Начиная вычислять функцию sum(a), Паскаль подставляет в ячейки для элементов массива c значения элементов массива a. Начиная же вычислять функцию sum(b), Паскаль подставляет в ячейки для элементов массива c значения элементов массива b.

В заголовке функции неправильно было бы писать

function sum (c: array [1..2] of Integer):Integer.

Необходимо было сначала определить тип массива в разделе TYPE, а затем использовать это определение и в описании a и b, и в заголовке функции. Таково требование синтаксиса Паскаля.

Задание 122. В школе два класса. В каждом - 5 учеников. Каждый ученик получил отметку на экзамене по физике. Определить, какой из двух классов учится ровнее (будем считать, что ровнее учится тот класс, в котором разница между самой высокой и самой низкой отметкой меньше).

Указание: Создать функции min(c:vector), max(c:vector) и raznitsa(c:vector).