Programmieren

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

2. Gliederung • Definition • Funktionsdeklaration • Funktionsaufruf, Parameterübergabe • Formalparameter, Aktualparameter • Verlassen von Funktionen • inline-Funktionen • Vorgabeargumente • Lokale und statische Variablen • Überladen von Funktionen • Referenzen als Parameter • Rekursion FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

3. 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. Prof. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

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

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

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

8. 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 Parameter ok = clearScreen; // Fehler, kein Funktionsaufruf! FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

10. 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; } • Auch der Rückgabewert einer Funktion lässt sich mit const-Deklaration vereinbaren! FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

11. 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; } FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

13. Vorgabeargumente • Aufbau der Parameterliste: • Zunächst Parameter ohne Vorgabewerte, • dann ggf. Parameter mit Vorgabewerten. 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. FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

14. 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; } Quelle: Craigh Arnush: Borland C++ in 21 Tagen. FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

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

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

18. 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; } FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

20. 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 =, <> … FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

22. Signatur einer Funktion II • Der Ergebnistyp der Funktion gehört nicht zur Signatur. int f1 (char* key) {...} char* f1 (char* name) {...} // unzulässig, da Signatur // identisch! FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

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

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

25. 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;} FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

26. 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; } } FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

27. 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;} FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

28. Quiz II • Wo liegt der Fehler bei folgender Funktion? double volumen(double laenge, double breite = 1,double hoehe) { return laenge * breite * hoehe) } FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

29. Quiz III • Wie sieht die Ausgabe des folgenden Programms aus? int iNeu(int& i, int increment = 1) { return I + increment; } FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

30. 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; } FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren

31. 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;} FHT StuttgartProf. Dr.-Ing. Franz-Josef Behr, HfT StuttgartProgrammieren