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信息学第九课过程与函数

第九课过程与函数

前面我们曾经学习了程序设计中的三种基本控制结构(顺序、分支、循环)。

用它们可以组成任何程序。

但在应用中,还经常用到子程序结构。

  通常,在程序设计中,我们会发现一些程序段在程序的不同地方反复出现,此时可以将这些程序段作为相对独立的整体,用一个标识符给它起一个名字,凡是程序中出现该程序段的地方,只要简单地写上其标识符即可。

这样的程序段,我们称之为子程序。

  子程序的使用不仅缩短了程序,节省了内存空间及减少了程序的编译时间,而且有利于结构化程序设计。

因为一个复杂的问题总可将其分解成若干个子问题来解决,如果子问题依然很复杂,还可以将它继续分解,直到每个子问题都是一个具有独立任务的模块。

这样编制的程序结构清晰,逻辑关系明确,无论是编写、阅读、调试还是修改,都会带来极大的好处。

  在一个程序中可以只有主程序而没有子程序(本章以前都是如此),但不能没有主程序,也就是说不能单独执行子程序。

pascal中子程序有两种形式:

函数和过程。

一、函数

  在此之前,我们曾经介绍并使用了pascal提供的各种标准函数,如ABS,SUCC等等,这些函数为我们编写程序提供了很大的方便。

但这些函数只是常用的基本函数,编程时经常需要自定义一些函数。

  

(一)函数的说明

  在pascal中,函数也遵循先说明后使用的规则,在程序中,函数的说明放在调用该函数的程序(主程序或其它子程序)的说明部分。

函数的结构主程序的结构很相似。

  函数定义的一般格式:

  function<函数名>(<形式参数表>):

<类型>;{函数首部}

  

  说明:

  ①函数由首部与函数体两部分组成。

  ②函数首部以关键字function开头。

  ③函数名是用户自定义的标识符。

  ④函数的类型也就是函数值的类型,所求得的函数值通过函数名传回调用它的程序。

可见,函数的作用一般是为了求得一个值。

  ⑤形式参数简称形参,形参即函数的自变量。

自变量的初值来源于函数调用。

在函数中,形参一般格式如下:

  变量名表1:

类型标识符1;变量名表2:

类型标识符2;…;变量名表n:

类型标识符n

  可见形参表相当于变量说明,对函数自变量进行说明,但应特别注意:

此处只能使用类型标识符,而不能直接使用类型。

  ⑥当缺省形参表(当然要同时省去一对括号)时,称为无参函数。

  ⑦函数体与程序体基本相似,由说明部分和执行部分组成。

  ⑧函数体中的说明部分用来对本函数使用的标号、常量、类型、变量、子程序加以说明,这些量只在本函数内有效。

  ⑨函数体的执行部分由begin开头,end结束,中间有若干用分号隔开的语句,只是end后应跟分号,不能像程序那样用句号"."。

  ⑩在函数体的执行部分,至少应该给函数名赋一次值,以使在函数执行结束后把函数值带回调用程序。

  

(二)函数的调用

  我们可以在任何与函数值类型兼容的表达式中调用函数,或者说,函数调用只能出现在允许表达式出现的地方,或作为表达式的一个因子。

  函数调用方式与标准函数的调用方式相同。

  函数调用的一般格式:

    <函数名>

    或

    <函数名>(实在参数表)

 

  说明:

①实在参数简称实参。

实参的个数必须与函数说明中形参的个数一致,实参的类型与形参的类型应当一一对应。

  ②调用函数时,一般的,实参必须有确定的值。

  ③函数调用的步骤为:

计算实参的值,"赋给"对应的形参;

  (三)函数的应用举例

  例1求正整数A和B之间的完全数(A

  分析:

所谓完全数是指它的小于该数本身的因子之和等于它本身,如6=1+2+3,6即是一个完全数。

因此我们可定义一个布尔型函数perfect(x),若x是完全数,其值为TURE,否则为FALSE。

整个程序算法如下:

  1fori:

=AtoBdo

  2ifperfect(i)thenwriteln(i);

  源程序如下:

  programex7_1;

  var

    i,a,b:

integer;

  functionperfect(x:

integer):

boolean;

  var

    k,sum:

integer;

  begin

   {累加x所有小于本身的因数}

   sum:

=1;

   fork:

=2toxdiv2do

    ifxmodk=0thensum:

=sum+k;

   {判断x是否是完全数}

   perfect:

=x=sum;{将结果赋值给函数名}

  end;{endofperfect}

  begin{主程序开始}

   write('Inputa,b:

');

   repeat{输入0

    readln(a,b);

   until(a>0)and(b>0)and(a

   writeln('Listofallperfectnumbers:

');

   {从a到b逐个判断,是完全数则打印出来

   fori:

=atobdo

            

    ifperfect(i)thenwriteln(i);

  end.

  自定义函数只是主程序的说明部分,若主程序中没有调用函数,则系统不会执行函数子程序。

当主程序调用一次函数时,则将实在参数的值传给函数的形式参数,控制转向函数子程序去执行,子程序执行完毕后自动返回调用处。

练习:

1.编写一个函数计算f(X,Y)=XY

2.已知一元二次方程的求解与值有关,输入a(a不等于0)、b、c,得出其是否有解?

3.

计算sin(x,n)其中n表示sin(x)的前n项。

输入x、n。

第二部分

二、过程

  在pascal中,自定义过程与自定义函数一样,都需要先定义后调用。

函数一般用于求值,而过程一般实现某些操作。

  

(一)过程的说明

  过程说明的一般格式为:

  procedure<过程名>(<形式参数表>);{过程首部}

  

  说明:

①过程首部以关键字procedure开头。

  ②过程名是用户自定义的标识符,只用来标识一个过程,不能代表任何数据,因此不能说明"过程的类型"。

  ③形参表缺省(当然要同时省去一对括号)时,称为无参过程。

  ④形参表的一般格式形式如下:

    [var]变量名表:

类型;…;[var]变量名表:

类型。

  其中带var的称为变量形参,不带var的称为值形参。

在函数中,形参一般都是值形参,很少用变量形参(但可以使用)。

例如,下列形参表中:

    (x,y:

real;n:

integer;varw:

real;vark:

integer;b:

real)

  x、y、n、b为值形参,而w、k为变量形参。

  调用过程时,通过值形参给过程提供原始数据,通过变量形参将值带回调用程序。

因此,可以说,值形参是过程的输入参数,变量形参是过程的输出参数。

有关变参,这在后面内容具体叙述。

  ⑤过程体与程序、函数体类似。

与函数体不同的是:

函数体的执行部分至少有一个语句给函数名赋值,而过程体的执行部分不能给过程名赋值,因为过程名不能代表任何数据。

  ⑥过程体的说明部分可以定义只在本过程有效的标号、常量、类型、变量、子程序等。

  

(二)过程的调用

  过程调用是通过一条独立的过程调用语句来实现的,它与函数调用完全不同。

过程调用与调与标准过程(如write,read等)的方式相同。

调用的一般格式为:

  <过程名> 

  或

  <过程名>(实在参数表)

  说明:

①实参的个数、类型必须与形参一一对应。

  ②对应于值形参的实参可以是表达式,对应于变量形参的实参只能是变量。

  ③过程调用的步骤为:

计算实参的值;将值或变量的"地址"传送给对应的形参;执行过程体;返回调用处。

  过程与函数有下列主要区别:

  ①过程的首部与函数的首部不同;

  ②函数通常是为了求一个函数值,而过程可以得到若干个运算结果,也可用来完成一系列的数据处理,或用来完成与计算无关的各种操作;

  ③调用方式不同。

函数的调用出现在表达式中,而过程调用是一个独立的语句。

  (三)过程的应用举例

  例2输出以下一个图形:

    *

    **

    ***

    ****

    *****

    ******

  分析:

我们前面学习可用的二重循环打印出上图形,现我们设置一个过程打印出N个连续的"*"号。

  源程序如下:

  programex7_2;

   vari:

integer;

   proceduredraw_a_line(n:

integer);{该过程打印出连续n个星号,并换行}

    varj:

integer;

    begin

     forj:

=1tondo

      write('*');

     writeln;

    end;

  begin

   fori:

=1to6do

    draw_a_line(i);{调用过程,第I行打印i个连续星号}

  end.

(仔细阅读以下内容)

三、过程、函数的数据传递

  在程序调用子程序时,调用程序将数据传递给被调用的过程或函数,而当子程序运行结束后,结果又可以通过函数名、变参。

当然也可以用全局变量等形式实现数据的传递。

这一节我们,就来研究参数传递与局部变量、全局变量等问题。

  

(一)数值参数和变量参数

  前面已经讲过,pascal子程序中形式参数有数值形参(简称值参)和变量形参(变参)两种。

事实上,还有函数形参和过程形参两种,只是应用并不太多,我们不作深入地研究。

  1、值形参

  值参的一般格式如§7.1.1所示。

应该强调的是:

  ①形参表中只能使用类型标识符,而不能使用类型。

  ②值形参和对应的实参必须一一对应,包括个数和类型。

  ③实参和值形参之间数据传递是单向的,只能由实参传送给形参,相当赋值运算。

  ④一个特殊情况是,当值形参是实型变量名时,对应的实参可以是整型表达式。

  ⑤值形参作为子程序的局部量,当控制返回程序后,值形参的存储单元释放。

  2、变量形参

  变量形参的一般格式如§7.2.1所示,必须在形参前加关键字var。

  应该注意的是:

  ①与变量形参对应的实参只能是变量名,而不能是表达式。

  ②与变量形参对应的实参可以根据需要决定是否事先有值。

  ③变量形参与对应的实参的类型必须完全相同。

  ④对变量形参,运行时不另外开辟存储单元,而是与对应的实参使用相同的存储单元。

也就是说,调用子程序时,是将实参的地址传送给对应的变量形参。

  ⑤当控制返回到调用程序后,变量形参的存储单元不释放,但变量形参本身无定义,即不得再使用。

  ⑥选用形式参时,到底是使用值形参还是变量形参,应慎重考虑。

值形参需要另开辟存储空间,而变量形参会带来一些副作用。

一般在函数中使用值形参,而在过程中才使用变量形参,但也有例外。

  例3写出下列两个程序的运行结果。

  programex1;           programex2;

   vara,b:

integer;         vara,b:

integer;

   procedureswap(x,y:

integer);   procedureswap(Varx,y:

integer);

    vart:

integer;           vart:

integer;

    begin                begin

     t:

=x;x:

=y;y:

=t;           t:

=x;x:

=y;y:

=t;

    end;                 end;

   begin                 begin

    a:

=1;b:

=2;              a:

=1;b:

=2;

    writeln(a:

3,b:

3);           writeln(a:

3,b:

3);

    swap(a,b);                swap(a,b);

    writeln(a:

3,b:

3);            writeln(a:

3,b:

3);

   end.                  end.

  分析:

这两个程序唯一的区别是ex1中将x,y作为值形参,而ex2中将x,y作为变量形参,因此在ex2中对x,y的修改实际上是对调用该过程时与它们对应的变量a,b的修改,故最后,a,b的值为2,1。

而ex1中调用swap过程时,只是将a,b的值传递给x,y,之后在过程中的操作与a,b无关。

  答:

ex1的运行结果为:

ex2的运行结果为:

      12        12

      12        21

  

(二)全程变量、局部变量及它们的作用域

  在主程序的说明部分和子程序的说明部分均可以说明变量,但它们的作用范围是特定的。

  1、局部量及其作用域

  在介绍过程和函数的说明时,我们曾指出,凡是在子程序内部作用的变量,应该在本子程序内加以说明。

这种在子程序内部说明的变量称为局部变量。

形式参数也只是在该子程序中有效,因此也属于局部变量。

  一个变量的作用域是指在程序中能对此变量进行存取的程序范围。

因此,局部变量的作用域就是其所在的子程序。

实际上,局部变量只是当其所在的子程序被调用时才具有确定的存储单元,当控制从子程序返回到调用程序后,局部变量的存储单元就被释放,从而变得无定义。

  事实上,在子程序内定义的标号、符号常量、类型、子程序也与局部变量具有相同的作用域。

  2、全程量及其作用域

全程量是指在主程序的说明部分中说明的量。

全程量的作用域分两种情况:

  ①当全程量和局部量不同名时,其作用域是整个程序范围(自定义起直到主程序结束)。

  ②当全程量和局部量同名时,全程量的作用域不包含局部量的作用域。

  例4写出下列程序的运行结果:

  programex7_4;

   varx,y:

integer;

   procedurea;

    varx:

integer;

    begin

     x:

=2;

     writeln('#',x,'#');

     writeln('#',y,'#');

    end;{ofa}

   begin{mainprogram}

    x:

=1;y:

=2;

    writeln('*',x,'*',y);

    a;

    writeln('***',x,'***',y);

   end.

  分析:

程序中x,y是全局变量,但在过程a中也有变量x,故全程变量x的作用域为除过程a外的任何地方。

而y的作用域包含了子程序a,即整个程序。

  答:

运行结果如下:

    *1*2

    #2#

    #2#

    ***1***2

  评注:

变量作用域内对变量的操作都是对同一存储单元中的量进行的。

四、过程和函数的嵌套

  Pascal语言中,使用过程和函数,能使程序设计简短,便于阅读,节省存贮单元和编译时间。

程序往往设计成分层结构,由一个主程序和若干个过程及函数组成。

在过程或函数中,还可以说明另一些过程或函数,即过程或函数可以分层嵌套。

在同一层中亦可说明几个并列的过程或函数。

例如:

  

  上例过程的分层嵌套关系如下:

0层主程序sample内并列两个1层过程P1a和P1b。

过程P1a又嵌套两个2层过程p2a和p2b,2层的第二过程p2b又嵌套过程p3,p3就是第3层。

其中p1b,p2a和p3不再嵌套别的过程,称为基本过程。

这种分层结构的程序设计,特别要注意局部变量的使用范围和过程调用的要求。

  在主程序sample中定义的变量,可以在所有的过程中使用,主程序可调用p1a和p1b两个过程。

过程p1a中定义的变量,只能在p2a,p2b和p3中使用。

它能调用p2a,p2b两个过程,而不能调用p3和p1b。

在过程p1b中定义的变量,只能在p1b中使用,它只能调用过程p1a。

过程p2a不能调用任何过程。

过程p2b可以调用并列过程p2a和p3,而过程p3可以调用p2a过程。

  过程调用是有条件的,过程定义在先,调用在后。

同一层过程,后说明的过程可以调用先说明的过程。

如果要调用在它后面定义的过程(或函数),可使用<向前引用>FORWARD这个扩充标识符。

要注意的是<向前引用>过程(或函数)首部中形式参数表写一次即可,不必重复。

如:

  procedureextend(vara,b:

integer);

  forward;

  表示过程extend<向前引用>。

因此,过程extend的说明部分只须如下书写:

  procedureextend;

  <说明部分>

  begin

  :

  end;

(今年的编程任务就是自己的程序模块化)

五、子程序(模块化)结构的程序设计

  例5对6到60的偶数验证哥德巴赫猜想:

不小于6的偶数可分解成两个素数之和。

  分析:

用布尔型函数prime(x)判断x是否是素数,若是,函数值为真,否则,函数值为假。

算法如下所示。

  1.t:

=6

  2.whilet≤60do

  3.t11;

  4.repeat

  5.t11+2;/*找下一个素数a*/

  6.untilprime(t1)andprime(t-t1);/*直到a,b都是素数*/

  7.writeln(i,'=',t1,'+',t-t1);

  8.tt+2;

  9.endwhile

 源程序如下:

  programex9_7;

   vart,t1:

integer;

   functionprime(x:

integer):

boolean;

    vari:

integer;

    begin

     ifx=1

      thenprime:

=false

      elseifx=2

          thenprime:

=true

          elsebegin

              prime:

=true;

              i:

=2;

              while(i<=round(sqrt(x)))and(xmodi<>0)do

               i:

=i+1;

               ifi<=round(sqrt(x))thenprime:

=false;

             end;

     end;{ofprime}

    begin

     t:

=6;

     whilet<=60do

      begin

       t1:

=1;

       repeat

        t1:

=t1+2;

       untilprime(t1)andprime(t-t1);

       writeln(t,'=',t1,'+',t-t1);

       t:

=t+2;

      end;

   end.

  例6编写一个给一个分数约分的程序。

  源程序如下:

  programex7_6;   ┌──变量参数

   vara,b:

integer;↓

    procedurecommon(varx,y:

integer);

     vari,j,k:

integer;

     begin

      {求x,y的最大公约数}

      i:

=x;j:

=y;

      repeat

       k:

=imodj;

       i:

=j;j:

=k;

      untilk=0;

       {对x,y进行约分}

        x:

=xdivi;y:

=ydivi;

      end;

     begin

       write('Inputa,b=');readln(a,b);

       common(a,b);

       writeln(a,b:

5);

      end.

  如输入:

  Inputa,b=128

  则输出:

  32

练习

1.输入5个正整数求它们的最大公约数。

(提示:

可用一个数组将5个数存放起来,然后求第一个数和第二个数的公约数,再求第三个数与前两个数公约数的公约数,这样求得前三个整数最大公约数……如此类推可求出5个整数的最大公约数)

  2.给一维数组输入任意6个整数,假设为:

      748915

    请建立一个具有以下内容的方阵:

      748915

      489157

      891574

      915748

      157489

      574891

    (请用子程序编写)。

  3.求两个正整数的最小公倍数。

  4.输入一个任意位的正整数,将其反向输出。

  5.有五位同学,其各科成绩如下:

    学号数学语文英语总分名次

    1 108 97 90

    2 98  88 100

    3 100 43 89

    4 84 63 50

    5 97 87 100

  (1)编写一个过程enter,输入每个学生成绩并计算各人的总分。

  (2)编写过程minci,用以排出每个人的名次。

  (3)按学号顺序输出。

6.设n个围成一个圈并按顺时针方向向1—n编号。

从第S个人开始进行1到m报数,报到第m个人时,此人出圈,然后再从他下一个人重新开始1到m报数,如此下去,直到所有人都出圈,打印出出圈表,

7.1984年,已知最大的素数是286243-1,编程求出该数末四位数字。

答案(8027)

[较难习题,希望有能力的学生去做]

结构化程序设计

(1)编程计算N的K方结果,其结果不会超过200位。

(2)在n*n的正方形中放置长为2,宽为1的长条块,问放置方案有多少种?

(3)加法分式分解。

如:

1/2=1/4+1/4.找出所有方案。

输入:

NMN为要分解的分数的分母

M为分解成多少项

(4)农夫过河。

一个农夫带着一只狼,一只羊和一些菜过河。

河边只有一条一船,由

于船太小,只能装下农夫和他的一样东西。

在无人看管的情况下,狼要吃羊,羊

要吃菜,请问农夫如何才能使三样东西平安过河。

【算法分析】

将问题数字化。

用1代表狼,2代表羊,3代表菜。

则在河某一边物体的分布有以下

8种情况。

┏━━━━┯━┯━━━━━┯━━━━━━━━┯━━━┓

┃物体个数│0│1│2│3┃

┠────┼─┼─┬─┬─┼──┬──┬──┼───┨

┃分布情况│0│1│2│3│1,2│1,3│2,3│1,2,3┃

┠────┼─┼─┼─┼─┼──┼──┼──┼───┨

┃代码之和│0│1│2│3│3│4│5│6┃

┠────┼

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