Subrutinas o Funciones

Transcripción

1 Subrutinas o Funciones JUAN CARLOS CONDE RAMÍREZ INTRODUCTION TO PROGRAMMING

2 Objetivos Conocer las características estructurales de una función. Entender la importancia y las ventajas del uso de funciones en C++. Comprender y utilizar apropiadamente las reglas para la construcción y el uso de funciones. Identificar la relación existente entre el tipo de dato devuelto y el resultado obtenido por una función. Entender la forma en como puede ser llamada una función y comprender la diferencia entre paso de parámetros por valor y por referencia. Conocer los límites conceptuales del acceso a variables por parte de las funciones. FCC-BUAP 2

3 Características Estructurales FCC-BUAP 3

4 Importancia I La idea de dividir un programa en funciones se extiende al agrupamiento de un número determinado de funciones en una entidad más grande llamada módulo (se agrupa en un archivo). La idea de dividir un programa en funciones y módulos es una característica fundamental de la programación estructurada (facilita la lectura y la comprensión del programa). Recordemos que los lenguajes de computadoras tratan dos conceptos fundamentales: 1. Datos 2. Algoritmos. FCC-BUAP 4

5 Importancia II Los datos constituyen la información que utiliza y procesa un programa. Los algoritmos son los métodos que utiliza el programa (instrucciones paso a paso que conducen a la solución del programa). La ecuación fundamental de la programación estructurada (Niklaus Wirth) es: Algoritmos + Datos = Programas FCC-BUAP 5

6 Importancia III Para facilitar la realización de este tipo de tareas este tipo de programación utiliza fundamentalmente instrucciones: Secuenciales, De selección (if-then-else) y Repetitivas (for, while y do-while). FCC-BUAP 6

7 Ventajas I Una función es un mini programa dentro de un programa. Las funciones contienen varias sentencias bajo un solo nombre, que un programa puede utilizar una o más veces para ejecutar dichas sentencias. Las funciones ahorran espacio, reduciendo repeticiones y haciendo más fácil la programación, proporcionando un medio de dividir un proyecto grande en módulos pequeños mas manejables. FCC-BUAP 7

8 Ventajas II La división del código en funciones hace que las mismas se puedan reutilizar en un programa y en otros programas. Después de que escribas, pruebes y depures una función, esta se puede utilizar nuevamente una y otra vez. Para reutilizar una función dentro de tus programas, sólo se necesita llamar a la función. FCC-BUAP 8

9 Ventajas III Si se agrupan funciones en bibliotecas, otros programas pueden reutilizar las funciones; por esa razón se puede ahorrar tiempo de desarrollo. La mayoría de los programadores no construyen bibliotecas, sino que, simplemente las utilizan. FCC-BUAP 9

10 Definición El programa se divide en muchos módulos (rutinas pequeñas denominadas funciones) que producen muchos beneficios: aislar mejor los problemas, escribir programas correctos más rápido y producir programas que son mucho más fáciles de mantener. int main() int main() /* código para obtener una lista de obtenercaracteres(); caracteres */ /* código para tratar los caracteres */ tratarcaracteres(); /* código para visualizar la lista por orden alfabético */ visualizar(); } } FCC-BUAP 10

11 Reglas I Una función es un conjunto de sentencias que se pueden llamar desde cualquier parte de un programa. Las funciones permiten al programador un grado de abstracción en la resolución de un problema. Las funciones NO se pueden anidar, esto significa que una función no se puede declarar dentro de otra función. Todas las funciones son externas o globales, es decir, pueden ser llamadas desde cualquier punto del programa. Las constantes y variable declaradas dentro de la función son locales a la misma y no perduran fuera de ella. Mediante la palabra reservada return se devuelve el valor calculado por la función. FCC-BUAP 11

12 Reglas II Una función consta de una cabecera que comienza con: <tipo del valor devuelto> <nombre> ( [lista de argumentos:<tipo> <nombre del argumento>] ) A continuación va elcuerpo de la función, delimitado por llaves, que es un conjunto de sentencias cuya ejecución hará que se resuelva el problema para el que está diseñada la función. } <cuerpo de la función>... return <expresión>; FCC-BUAP 12

13 Reglas III Esto determina el valor particular del resultado que se devolverá al programa que la llama. Por ejemplo: float suma( float num1, float num2 ) float resp; resp = num1 + num2; } return resp; FCC-BUAP 13

14 Reglas IV Una llamada a la función produce la ejecución de las sentencias del cuerpo de la función y un retorno a la unidad de programa llamadora después de que la ejecución de la función haya terminado, casi siempre cuando se encuentra una sentencia return. void cuadrado(int n) int q=0; while (q<=1000) // el cuadrado debe ser menor de 1000 q=n*n; cout << "El cuadrado de " << n << " es " << q << endl; n++; } } int main() int cuad=3; cout << "Un ejemplo de funcion...!!\n"; cuadrado( cuad ); return EXIT_SUCCESS; } FCC-BUAP 14

15 Ejemplo completo de Función #include <iostream> using namespace std; float suma(int num_elementos) int indice; float total=0.0; for( indice=0; indice<num_elementos; indice++ ) float x; cout << "numero " << indice << " = " ; cin >> x; total+=x; } return total; } int main() int elementos; cout << Un ejemplo de funcion...!!\n ; cout << Introduce numero total de elementos: ; cin >> elementos; cout << La suma de << elementos << numeros es = << suma(elementos) << endl; system( PAUSE ); return EXIT_SUCCESS; } FCC-BUAP 15

16 Nombre de la función Un nombre de una función comienza con una letra o un subrayado (_) y puede contener tantas letras, números o subrayados como se desee. C++ es sensible a mayúsculas, lo que significa que las letras mayúsculas y minúsculas son distintas a efectos del nombre de la función. Ejemplos: int max(int x, int y); double media(double x, double y); double MAX(int* m, int n); // Es distinta de max!! FCC-BUAP 16

17 Tipo de dato devuelto I Siempre es conveniente especificar el tipo de dato devuelto (de retorno) por la función. El tipo debe ser uno de los tipos simples de C++, como int, char o float, o un apuntador a cualquier tipo C++, o alguna estructura de datos. int max (int x, int y); float func0(int n); int *func3(int n, int m); char func1(void); // devuelve un tipo int // devuelve un tipo float // devuelve un apuntador a int // devuelve un tipo char FCC-BUAP 17

18 Tipo de dato devuelto II Si una función no devuelve un resultado, se utiliza el tipo void, que se considera como un tipo de dato especial. Existen muchas funciones no devuelven resultados. La razón es que se utilizan como subrutinas para realizar una tarea concreta. Una función que no devuelve un resultado, a veces se denomina procedimiento. FCC-BUAP 18

19 Tipo de dato devuelto III Para indicar al compilador que una función no devuelve resultado, se utiliza el tipo de retorno void, por ejemplo: void VisualizarResultados(float Total, int num_elementos); Si se omite un tipo de retorno para una función, como en el ejemplo: numresultados(float Total, int longitud); el compilador supone que el tipo de dato devuelto es int. Aunque el uso de int es opcional, por razones de claridad y consistencia se recomienda su uso, es decir, es más recomendable declarar la función anterior como sigue: int numresultados(float Total, int longitud); FCC-BUAP 19

20 Tipo de dato devuelto III Para indicar al compilador que una función no devuelve resultado, se utiliza el tipo de retorno void, por ejemplo: void VisualizarResultados(float Total, int num_elementos); Si se omite un tipo de retorno para una función, como en el ejemplo: numresultados(float Total, int longitud); el compilador supone que el tipo de dato devuelto es int. Aunque el uso de int es opcional, por razones de claridad y consistencia se recomienda su uso, es decir, es más recomendable declarar la función anterior como sigue: int numresultados(float Total, int longitud); FCC-BUAP 20

21 Resultado devuelto I Una función devuelve un único valor. El resultado se muestra con una sentencia return cuya sintaxis es: return (expresion); return expresion; return; El valor devuelto (expresión) puede ser de cualquier tipo de dato conocido por el lenguaje C++. FCC-BUAP 21

22 Resultado devuelto II Se pueden retornar valores múltiples devolviendo un apuntador a una estructura o un arreglo. El valor de retorno debe seguir las mismas reglas que se aplican a un operador de asignación. Una función puede tener cualquier número de sentencias return. Tan pronto como el programa encuentra una de las sentencias return, devuelve el control a la sentencia llamadora. FCC-BUAP 22

23 Resultado devuelto III La ejecución de la función termina si no se encuentra ninguna sentencia return; en este caso, la ejecución continúa hasta la llave final (}) del cuerpo de la función. Si el tipo de retorno es void, la sentencia return se puede escribir como return; sin ninguna expresión de retorno, o bien, de modo alternativo se puede omitir la sentencia return. La siguiente función no tiene tipo de retorno, tampoco tiene argumentos (parámetros): void func(void) cout << Esta funcion no devuelve valores\n ; } FCC-BUAP 23

24 Llamada a función I Las funciones, para poder ser ejecutadas, se deben llamar o invocar. Cualquier expresión puede contener una llamada a una función que redirigirá el control del programa hacia la función nombrada. Normalmente, la llamada a una función se realizará desde la función principal main(), aunque naturalmente también podrá ser desde otra función cualquiera. FCC-BUAP 24

25 Llamada a función II La función llamada que recibe el control del programa se ejecuta desde el principio y cuando termina (se alcanza la sentencia return o la llave de cierre si se omite return) el control del programa vuelve y retorna a la función main() o a la función que la invocó. En el siguiente ejemplo, se declaran dos funciones y se llaman desde la función main(). Para mayor legibilidad, el código se muestra en el siguiente acetato, así como la traza de las llamadas de funciones. FCC-BUAP 25

26 Ejemplo 1: Llamada a función #include <iostream> using namespace std; // La funcion max devuelve el numero mayor de dos enteros int max(int x, int y) if (x < y) return y; else return x; } int main() int m, n; do cout << "Introducir dos numeros enteros\n"; cin >> m; cin >> n; cout << "El mayor de los dos numeros es: " << max(m,n) << endl; }while (m!=0); } return EXIT_SUCCESS; FCC-BUAP 26

27 Ejemplo 2: Llamada a función #include <iostream> using namespace std; // Calcula la media aritmetica de dos numeros reales double media(double x1, double x2) return (x1+x2)/2; } int main() double num1, num2, med; cout << "Introducir dos numeros reales: " << endl; cin >> num1; cin >> num2; med=media(num1, num2); cout << "El valor de la media es: " << med << endl; } return EXIT_SUCCESS; FCC-BUAP 27

28 Parámetros de la función I En C++ es posible utiliza dos métodos para usar parámetros en las funciones: 1. Paso de parámetros por VALOR. 2. Paso de parámetros por REFERENCIA. El paso de parámetros por valor se utiliza para pasar valores de variables a funciones. El paso de parámetros por referencia se utiliza para que una función devuelva un valor a través de un argumento. FCC-BUAP 28

29 Parámetros de la función II Hay que pasar la dirección de la variable y que el argumento correspondiente de la función sea un apuntador; es la forma de que en C++ hace el paso por referencia. Examinaremos en los siguientes acetatos el mecanismo que C++ utiliza para pasar parámetros a funciones y cómo optimizar el paso de parámetros. Esto resulta útil dependiendo del tipo de dato que se utiliza. FCC-BUAP 29

30 Parámetros de la función III Ejemplo: Supongamos que se tiene la siguiente declaración de una función círculo con tres argumentos: void circulo(int x, int y, int diametro); Cuando se llama a círculo se deben pasar tres parámetros a esta función. En el punto de llamada, cada parámetro puede ser: una constante, una variable o una expresión: Modo de uso (llamada o invocación): circulo(25, numero, vueltas*4); FCC-BUAP 30

31 Paso de parámetros por valor, I También se le llama paso por copia, significa que cuando C++ compila la función y el código que llama a la función, la función recibe una copia de los valores de los parámetros. Si se cambia el valor de un parámetro, el cambio sólo afecta a la función y no tiene efecto fuera de ella. La siguiente figura muestra la acción de pasar un argumento por valor. FCC-BUAP 31

32 Paso de parámetros por valor, II La variable real i no se pasa, pero el valor i,6. se pasa a la función receptora. main () int i=6; func(i); return 0; } 6 void func(int i) cout << i << endl; i++; } NOTA: El método en forma predeterminada de pasar parámetros es por valor, a menos que se pasen arreglos (se pasan siempre por dirección). FCC-BUAP 32

33 Paso de parámetros por valor, III En la técnica de paso de parámetro por valor, la modificación de la variable (parámetro pasado) en la función receptora no afecta al parámetro argumento en la función llamadora. #include <iostream> using namespace std; void DemoLocal(int valor); int main() int n=10; cout << "Antes de llamar a DemoLocal, n = " << n << endl; DemoLocal(n); cout << "Despues de llamar a DemoLocal, n = " << n << endl; return 0; } void DemoLocal(int valor) cout << "Dentro de DemoLocal, valor = " << valor <<endl; valor=999; cout << "Dentro de DemoLocal, valor = " << valor <<endl; } FCC-BUAP 33

34 Paso de parámetros por referencia, I Cuando una función debe modificar el valor del parámetro pasado y devolver este valor modificado a la función llamadora, se ha de utilizar el método de paso de parámetro por referencia o dirección. En este método el compilador pasa la dirección de memoria del valor del parámetro a la función. Cuando se modifica el valor del parámetro, este valor queda almacenado en la misma dirección de memoria, por lo que al retornar a la función llamada la dirección de la memoria donde se almacenó el parámetro contendrá el valor modificado. FCC-BUAP 34

35 Paso de parámetros por referencia, II Para pasar una variable por referencia, el símbolo & debe preceder al nombre de la variable y el parámetro variable correspondiente de la función debe declararse como apuntador. float x; int y; entrada(&x, &y); void entrada(float* x, int* y) } FCC-BUAP 35

36 Paso de parámetros por referencia, III C++ utiliza apuntadores para implementar parámetros por referencia, ya que de forma predeterminada en C++ el paso de parámetros es por valor. /* Método de paso por referencia, mediante apuntadores */ void intercambio(int* a, int* b) int aux = *a; *a = *b; *b = aux; } FCC-BUAP 36

37 Paso de parámetros por referencia, IV En la siguiente llamada a la función intercambio() ésta utiliza las expresiones *a y *b para acceder a los enteros referenciados por las direcciones de las variables i y j. int i = 3, j = 50; cout << i = << i << y intercambio (&i, &j); cout << i = << i << y j = << j << endl; j = << j << endl; La llamada a la función intercambio() debe pasar las direcciones de las variables intercambiadas. FCC-BUAP 37

38 Paso de parámetros por referencia, V El operador & delante de una variable significa dame la dirección de la variable. double x; &x; /* dirección en memoria de x */ Una variable o parámetro apuntador se declara poniendo el asterisco (*) antes del nombre de la variable. Las variables p, r, q son apuntadores a distintos tipos: char* p; /* variable apuntador a char */ int * r; /* variable apuntador a int */ double* q; /* variable apuntador a double */ FCC-BUAP 38

39 Diferencias entre los pasos de parámetros, I Las reglas que se deben seguir cuando se transmiten variables por valor y por referencia son las siguientes: Los parámetros valor reciben copias de los valores de los argumentos que se les pasan; La asignación a parámetros valor de una función nunca cambia el valor del argumento original pasado a los parámetros; Los parámetros para el paso por referencia (declarados con *, apuntadores) reciben la dirección de los argumentos pasados; a éstos les debe preceder el operador &, excepto a los arreglos (arrays). En una función, las asignaciones a parámetros referencia (apuntadores) cambian los valores de los argumentos originales. FCC-BUAP 39

40 Diferencias entre los pasos de parámetros, II Ejemplo, para que la función potrat2() cambie los contenidos de dos variables requiere que los datos puedan ser modificados. Paso por valor Paso por referencia double a, b; double a, b; void potrat1(double x, double y) void potrat2(double *x, double *y) } } FCC-BUAP 40

41 Diferencias entre los pasos de parámetros, III Sólo en el caso de potrat2 los valores de a y b se cambiarán. Veamos un Ejemplo: #include <iostream> #include <math.h> using namespace std; void potrat1(double x, double y); void potrat2(double* x, double* y); int main() double a, b; a=5.0; b=1.0e2; potrat1(a,b); cout << "a = " << a << " b = " << b << endl; potrat2(&a, &b); cout << "a = " << a << " b = " << b << endl; return 0; } void potrat1(double x, double y) x=x*x; y=sqrt(y); } void potrat2(double* x, double* y) *x=(*x)*(*x); *y=sqrt(*y); } FCC-BUAP 41

42 Limitaciones I Cuando el problema a resolver es complejo, la programación se hace difícil y excesivamente complicada. Las dificultades provienen del hecho, de que las funciones tienen acceso limitado a datos globales y además el paradigma procedimental proporciona un modelo deficiente del mundo real. Desde el punto de vista de un lenguaje procedimental como C, existen dos tipos de datos: 1. Locales 2. Globales FCC-BUAP 42

43 Limitaciones II Los datos locales están ocultos en el interior de la función y los utiliza exclusivamente la función. Los datos globales son aquellos a los que puede accederse por cualquier función del programa. FCC-BUAP 43

44 Limitaciones III En un programa grande, existen muchas funciones y muchos datos globales, esto conduce a una número muy grande de posibles conexiones entre ellos y a dificultar la conceptualización de la estructura del programa y su modificación. FCC-BUAP 44

45 Limitaciones III Otra fuerte limitación de paradigma reside en el hecho de que la separación de los datos y las funciones que manipulan esos datos proporcionan un modelo muy deficiente de las cosas y objetos del mundo real. En el mundo real se trata con objetos, tales como personas, casas o motos, que tienen a su vez incorporados atributos (datos) y comportamiento (funciones). FCC-BUAP 45