Lekcja 4

Funkcje w C++

1. schemat
2. gwiazdki
3. odległość
4. zasięg
5. parametry
6. zadania
7. rozwiązania

Czym jest funkcja (procedura)? To zestaw instrukcji, które opisujemy jednym słowem, które porządkują strukturę programu przez podział na logiczne fragmenty, i które potem możemy wielokrotnie używać w programie głównym. Dzięki takiej organizacji skracamy kod programu, porządkujemy go w logicznie uporządkowane fragmenty, możemy go szybciej poprawiać oraz możemy pisać biblioteki funkcji, z których będziemy mogli korzystać w innych programach. W bibliotekach języka C++ mamy mnóstwo gotowych funkcji, na przykład wykorzystywane już pow i sqrt z biblioteki cmath.

typ nazwa (parametry){ instrukcje; return wartość; }

lub funkcja która nie zwraca żadnych wartości, tzw. procedura

void nazwa (parametry){ instrukcje;… }

Uwagi o funkcjach

• funkcja powinna być zdefiniowana przed pierwszym jej wywołaniem
• funkcje definiujemy na zewnątrz funkcji main
• funkcje mogą zwracać wyliczone wartości lub nie
• funkcja „komunikuje” się z programem poprzez nazwę i parametry
• funkcja może nie mieć parametrów
• funkcja mini, która nic nie robi void funkcja() {};

Zadanie - Gwiazdki
Napisz funkcję GWIAZDKI, która „rysuje” na ekranie prostokąt z gwiazdek. Parametry funkcji W i K – ile wierszy i kolumn. Dane wczytujemy z klawiatury w programie głównym. Zmodyfikuj program tak, aby środek prostokąta wypełniony był kropkami (brzeg z gwiazdek).

void GWIAZDKI(int W, int K){
  for (int i=1;i<=W;i++){
    for (int j=1;j<=K;j++) 
	cout << "*";
    cout << endl;
  }
}
void GWIAZDKI_1(int W, int K){
  for (int i=1; i <= W; i++){
    for (int j=1; j <= K; j++) 
    	if (i==1 || i==W || j==1 || j==K) 
	  cout << "*";
    	else cout << "-";
    cout << endl;
  }
}
...
int wiersz,kolumna;
cout << "Podaj wiersze: ";
cin >> wiersz;
cout << "Podaj kolumny: ";
cin >> kolumna;
GWIAZDKI(wiersz,kolumna);
GWIAZDKI_1(wiersz, kolumna);		

• funkcja rysuje gwiazdki i nic nie zwraca, dlatego void
• wykonujemy funkcję podając jej nazwę i wstawiając parametry
• do funkcji wpisujemy parametry wiersz i kolumna, a funkcja po uruchomieniu pobiera te wartości i działa już na własnych W i K
• zwróć uwagę na wcięcia i wyrównanie bloków programu za pomocą nawiasów {}
• zewnętrzna pętla for wykonuje dwie instrukcje (for i cout), dlatego blok {}
• wewnętrzna instrukcja for wykonuje tylko jedną instrukcję warunkową if, dlatego nie musi być stosowany blok {}

Zadanie - Odległość
Oblicz odległość pomiędzy dwoma punktami A i B układu współrzędnych. Z klawiatury wpisujemy cztery wartości współrzędnych dwóch punktów A(x1,y1) i B(x2,y2).

float ODL(float x1, float y1, float x2, float y2){
  return sqrt(pow(x2-x1,2)+pow(y2-y1,2));
}
...
cout << ODL(1,1,3,3) << endl;

• funkcja oblicza odległość i zwraca wynik poprzez nazwę ODL

• wartość odległości wyświetlana jest na ekranie konsoli

UWAGA. Ponieważ używamy funkcji matematycznych pow i sqrt, dlatego należy zadeklarować bibliotekę cmath.

Zasięg zmiennych - zmienne globalne i lokalne
Programy się komplikują, zaczynamy używać wielu zmiennych i nazwy tych zmiennych mogą się powtarzać – będą takie same w programie głównym i w funkcjach. Bez problemu można definiować zmienne o takich samych nazwach, ale powinniśmy stosować kilka zasad:

• zmienne w funkcjach są lokalne, tworzone są w momencie wywołania funkcji i giną kiedy funkcja kończy działanie

• zmienne w programie głównym są globalne, widoczne są też w zdefiniowanych funkcjach

• zmienne zdefiniowane w funkcjach są ważniejsze niż takie same globalne

• żeby nie było niejasności, to lepiej definiować zmienne i stałe w funkcjach z różnymi nazwami, na przykład dodawać dodatkowy przedrostek

Zadanie – Silnia
Napisz funkcję SILNIA z jednym parametrem N, która zwraca wartość silni. Sprawdź, czy parametr jest liczbą naturalną z przedziału 1-100. Sprawdź działanie funkcji wypisując na ekranie wartość 5!. Sprawdź działanie funkcji wypisując na ekranie wartości kolejnych silni dla liczb 1-100.

int SILNIA(int N){
  int s=1;
  for (int i=1; i<=N; i++)
    s=s*i;
  return s;
}

int main(){
  cout << SILNIA(5) << endl;
}

Przekazywanie parametrów – wartość i referencja
Przekazywanie parametrów przez wartość jest naturalne – wszystkie poprzednie funkcje tak miały – wstawialiśmy jako parametry dane, na których były wykonywane obliczenia i funkcja zwracała wynik – parametry wstawiane do funkcji nie ulegały zmianie. Przekazywanie przez referencję daje dodatkowe możliwości – funkcja może zmieniać wartości przekazywanych do funkcji parametrów.

Po co to wszystko? Jeszcze większe możliwości dla programistów, bo funkcja może zwracać więcej niż jedną wartość i wygodniej operować złożonymi strukturami danych np. tablicami. Programowanie naprawdę się komplikuje (na własne życzenie programisty), jeśli zmienne globalne przekazywane przez referencję mają takie same nazwy jak lokalne.

void ZAMIANA_W(int x, int y){
  int p=x; 
  x=y; 
  y=p;
}
void ZAMIANA_R(int &x, int &y){
  int p=x; 
  x=y; 
  y=p;
}

...

int a=1;
int b=2;
ZAMIANA_W(a,b);
cout << a << " " << b << endl;
ZAMIANA_R(a,b);
cout << a << " " << b << endl;		

• ZAMIANA_W parametry zostaną zamienione między sobą, ale zginą, gdy funkcja się kończy
• ZAMIANA_R parametry przekazane referencyjne &x i &y w środku funkcji następuje zamiana i te zamienione przekazywane są powrotem na zewnątrz do zmiennych globalnych a i b
• po wykonaniu ZAMIANA_W na ekranie 1 2 w niezmienionej kolejności
• po wykonaniu ZAMIANA_R na ekranie zamieniona kolejność 2 1

Zadanie - Zagadka ze zmiennymi
W programie głównym zdeklarowano zmienną „i”, której nadano wartość 7. Funkcja US też posługuje się swoją wewnętrzną zmienną „i”. Ile „uśmieszków” wypisze na ekranie program?

void US(int ile){
  for(int i=1;i<=ile;i++)
    cout<<":-)";
  }
...
int i=7;
US(i);		

• zmienna globalna i jest przekazywana do wnętrza funkcji poprzez parametr „ile”

• we wnętrzu funkcji definiujemy zmienną lokalną „i” która steruje pętlą

• zmienna globalna „i” w funkcji main jest przesłonięta przez zmienną lokalną „i” w funkcji US

W jaki sposób pisać programy, żeby kodować szybciej i bez błędów? Oto kilka wskazówek.

• stosuj krótkie i zrozumiałe nazwy zmiennych, stałych i funkcji, np.: i, x, liczba, srednia

• jeśli stosujesz dłuższe lub wielowyrazowe: NazwaZmiennej lub nazwa_zmiennej

• dla zmiennych sterujących pętlami zarezerwuj i lub j

• dziel program na logiczne części stosując bloki {} i funkcje

• pisz swój program tak, aby był przejrzysty

• stosuj osobne wiersze, wcięcia, komentarze

• uczyń swój program „idiotoodpornym” – zawsze pisz, co użytkownik powinien zrobić

1) Napisz funkcje obliczające: pole powierzchni i obwód: kwadratu, prostokąta, koła, trójkąta, sześciokąta foremnego, trapezu. Wprowadź dane z klawiatury i wylicz wartości za pomocą funkcji. Sprawdź czy parametry funkcji są większe zera.

2) Napisz funkcje obliczające: pole powierzchni i objętość kuli, prostopadłościanu, stożka, ostrosłupa. Wprowadź dane z klawiatury i wylicz wartości za pomocą funkcji. Sprawdź czy parametry funkcji są większe zera.

3) Napisz funkcję KWADRATOWA, która wymaga trzech parametrów rzeczywistych: a, b, c, i która wyliczy i wypisze na ekranie pierwiastki równania kwadratowego. Jeśli równanie nie ma rozwiązań – funkcja wypisuje komunikat „brak pierwiastków”.

4) Napisz funkcję ULAMEK z jednym parametrem X, która zwraca wynik poniższego ułamka. Wylicz wartość ułamka dla kolejnych liczb naturalnych w przedziale 1..100.

5) Napisz funkcję o nazwie NEWTON z dwoma parametrami N i K, która w wyniku podaje wartość symbolu Newtona opisanego wzorem. Sprawdź, czy wpisane liczby są naturalne.

Przykładowe rozwiązania zadań
Jedynie ciężka umysłowa praca i zrozumienie działania programu może nauczyć programowania!

//zadanie 1
double KwadratPole(double bok){
	return bok*bok;
}
double KwadratObwod(double bok){
	return 4*bok;
}
double KoloPole(double r){
	return M_PI*r*r;
}
double KoloObwod(double r){
	return 2*M_PI*r;
}
...
cout << "Wpisz liczbę: ";
double liczba;
cin >> liczba;
cout << " Pole kwadratu=" << KwadratPole(liczba) << endl;
cout << "Obwód kwadratu=" << KwadratObwod(liczba) << endl;
cout << "     Pole koła=" << KoloPole(liczba) << endl;
cout << "    Obwód koła=" << KoloObwod(liczba) << endl;
cout << endl;

//zadanie 2
double KulaPole(double r){
	return 4*M_PI*r*r;
}
double KulaObjetosc(double r){
	return 4.0/3.0*M_PI*r*r*r;
}
double SzescianPole(double bok){
	return 6*bok*bok;
}
double SzescianObjetosc(double bok){
	return bok*bok*bok;
}
...
cout << "Wpisz liczbę: ";
double liczba;
cout << "         Pole kuli=" << KulaPole(liczba) << endl;
cout << "     Objętość kuli=" << KulaObjetosc(liczba) << endl;
cout << "    Pole Sześcianu=" << SzescianPole(liczba) << endl;
cout << "Objętość Sześcianu=" << SzescianObjetosc(liczba) << endl;

//zadanie 3
void KWADRATOWA(double a, double b, double c){
	double delta=b*b-4*a*c;
	if (delta >= 0){
		double x1=(-b-sqrt(delta))/(2*a);
		double x2=(-b+sqrt(delta))/(2*a);
		cout << "x1=" << x1 << endl;
		cout << "x2=" << x2 << endl;
	}
	else cout << "brak pierwiastków" << endl;
}
...
cout << "y(x)=x*x-3*x+2" << endl;

KWADRATOWA(1,-3,2);

//zadanie 4
double ULAMEK(int Y){
	double X=Y;
	//return X+(X+(X+(X+(X+(X+X)/X)/X)/X)/X)/X;
	//albo
	double W;
	W=X+(X+(X+(X+(X+(X+X)/X)/X)/X)/X)/X;
	return W;
}

//zadanie 5
int SILNIA(int N){
	int s=1;
	for (int i=1; i<=N;i++)
        s=s*i;
	return s;
}

int NEWTON(int N, int K){
	double NE=SILNIA(N)/(SILNIA(K)*SILNIA(N-K));
	return NE;
}

//zadanie 6

//SZABLON
#include <stdlib.h>	//system
#include <iostream>	//cout
#include <iomanip>	//fixed
#include <cmath>	//pow
using namespace std;
int main(){
  setlocale(LC_ALL, "");


  system("pause");
}