第6章 函數(shù)和過(guò)程

1、第6章第6章 函數(shù)和過(guò)程 函數(shù)和過(guò)程程序表達(dá)的計(jì)算本身近似于代數(shù)演算，演算在符號(hào)上進(jìn)行。只要給出實(shí)際的輸入值即可得到輸出值或所需要的計(jì)算機(jī)動(dòng)作。一般說(shuō)來(lái)，程序是通用的，適合于一組輸入值。如果把程序中某一段實(shí)施某種功能的計(jì)算單獨(dú)劃出來(lái)，給它取個(gè)名字并給出本段所需的參數(shù)即將名字束定于執(zhí)行某種功能的代碼塊。在程序世界里這段程序叫子程序。50年代人們就理解了這種分割的好處：它實(shí)施的功能單一，便于調(diào)試；它相對(duì)獨(dú)立，便于多人分工完成且時(shí)間不受約束

2、；它相對(duì)封閉，所有數(shù)據(jù)從接口出入，人們易于控制，是分解復(fù)雜性的有力措施。命令式語(yǔ)言中子程序有兩種形式：函數(shù)(必須返回值)和過(guò)程(實(shí)施一組動(dòng)作)，有時(shí)叫函數(shù)過(guò)程和子例程subroutine。它們是程序的第一次分割。子程序開(kāi)創(chuàng)程序世界里局部性、模塊性的先河。由于子程序是程序的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立部分， 它和主程序聯(lián)系的接口特別重要。在這個(gè)界面上要指出該例程的數(shù)據(jù)特征，即輸入什么輸出什么。而整個(gè)子程序體是完成從輸入到輸出的實(shí)現(xiàn)手段。因此，界面指出“做

3、什么？”而子程序體回答“怎么做”。于是，在80年代程序完成第二次分割：將子程序定義(即界面)和子程序體顯式的分開(kāi)，成為相對(duì)獨(dú)立的規(guī)格說(shuō)明(Specification)和體(body)。這樣在程序設(shè)計(jì)的早期只寫(xiě)規(guī)格，詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)再選算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)它的體。只要規(guī)格說(shuō)明不變，即使過(guò)程體作重大的修改或換掉也不會(huì)影響整個(gè)程序系統(tǒng)。Ada 和C++即是完成第二次分割的實(shí)例。本章我們首先研究函數(shù)和過(guò)程的定義和調(diào)用。關(guān)注的焦點(diǎn)在第二章中討論，它們的接

4、口和數(shù)據(jù)傳送機(jī)制。原則上所有的程序值都可以作參數(shù)傳遞，第三節(jié)討論實(shí)參求值策略，最后討論參數(shù)本身為函數(shù)或返回值及函數(shù)的高階函數(shù)。6.1 函數(shù)和過(guò)程抽象 函數(shù)和過(guò)程抽象函數(shù)抽象是用一個(gè)簡(jiǎn)單的名字抽象代表一個(gè)函數(shù)。該函數(shù)由函數(shù)型構(gòu)(Signature)和函數(shù)體(body)組成。函數(shù)計(jì)算的目的是求值。函數(shù)體等同于一個(gè)復(fù)合的表達(dá)式。所以，函數(shù)抽象是對(duì)表達(dá)式的抽象。同樣，過(guò)程抽象是用一個(gè)簡(jiǎn)單的名字抽象代表一個(gè)計(jì)算過(guò)程。該過(guò)程由過(guò)程型構(gòu)和過(guò)程體組成。

5、過(guò)程調(diào)用的目的是執(zhí)行一組命令以更新數(shù)據(jù)，過(guò)程抽象是對(duì)命令(即語(yǔ)句)集的抽象。6.1.1 6.1.1 函數(shù)定義與引用 函數(shù)定義與引用函數(shù)定義定義了一個(gè)程序世界的函數(shù)，它有名字，輸入、輸出參數(shù)(組成函數(shù)型構(gòu))，和實(shí)現(xiàn)函數(shù)從輸入到輸出的映射的函數(shù)體組成：function FUNC (fp1,fp2,...)：returntype; //函數(shù)型構(gòu)B; //函數(shù)體，可包括任何

6、聲明和語(yǔ)句函數(shù)型構(gòu)中fp1，fp2，…為形式參數(shù)，也叫形式變?cè)?argument).returntype為返回值類型，函數(shù)引用是應(yīng)用函數(shù)的唯一手段，它在同名的函數(shù)名之下給出實(shí)在參數(shù)(實(shí)在變?cè)?：FUNC (ap1,ap2,...);第1頁(yè)第6章beginif N = 1 then return(1);elsereturn (N*FACT(N-1));endif;end FACT;(e) ML的函數(shù)定義fun fact (n :int)

7、= if n = 1 then 1 else n*fact (n-1)val fact = fn(n:int) =>if n = 1 then 1 else n*fact (n-1)ML是函數(shù)式語(yǔ)言，見(jiàn)例6-1(e)，它的函數(shù)定義即為對(duì)表達(dá)式的求值.示例中給出函數(shù)抽象的型構(gòu)后，函數(shù)體為一條件表達(dá)式。在函數(shù)引用處得該表達(dá)式結(jié)果值 (臨時(shí)中間變量傳遞)。參數(shù)類型在參數(shù)表中聲明。即使是ML的值定義也用函數(shù)定義實(shí)現(xiàn)，因函數(shù)必然求值，此

8、時(shí)則用抽象符號(hào)fn代表函數(shù)，指明參數(shù)后用'=>'帶出函數(shù)體，以便和'='帶出的函數(shù)定義的函數(shù)體區(qū)別。語(yǔ)義是一樣的。(2) (2) 引用或調(diào)用的形式 引用或調(diào)用的形式函數(shù)引用源于代數(shù)中參數(shù)置換的思想。以同名的函數(shù)名帶實(shí)參表，運(yùn)行時(shí)置換形參表 ，謂之參數(shù)結(jié)合(association)。顯然，形－實(shí)參數(shù)表中元素個(gè)數(shù)，次序，類型應(yīng)一致。早期語(yǔ)言都嚴(yán)格遵此準(zhǔn)則。近代語(yǔ)言提供了較多的靈活表示法。例6-2 Ad

9、a的參數(shù)結(jié)合表示法本例為一自動(dòng)洗衣機(jī)控制程序的函數(shù)型構(gòu)部分。設(shè)事先已將CLOTH_TYPE(衣服類型)、SOIL_TYPE (弄臟類型)、ERROR_TYPE(錯(cuò)誤類型)作了枚舉類型定義。function WASH_CYCLE(WEIGHT : in INTEGER;FABRIC : in CLOTH_TYPE ∶= COTTONKNIT;SOIL_LEVER: in SOIL_TYPE ∶= AVERAGE;DARK

10、 : in BOOLEAN ∶= FALSE;DELICATE : in BOOLEAN ∶= FALSE;) return ERROR_TYPE is…其中五個(gè)形參四個(gè)給出初值。Ada允許以下引用：RESULT ∶= WASH_CYCLE (5, WOOL, SLIGHT, TRUE);--5公斤毛織品，不太臟，深色，不嬌貴的衣服--實(shí)參與形參按位置一一對(duì)應(yīng)。最后一個(gè)有缺省值則不另重復(fù)。RESULT ∶= WASH_CLCLE(

11、10);--10公斤，棉織品，一般程度的臟，淺色，不嬌貴--除第一參數(shù)外其余全用缺省值RESULT ∶= WASH_CYCLE(8, SOIL_LEVEL=>FILTHY);--8公斤，棉織品，臟得很，淺色，不嬌貴--第三個(gè)是指名參數(shù)結(jié)合，第一個(gè)按位，其余按缺省。RESULT ∶= WASH_CYCLE(WEIGHT=>2,DELICATE => TURE,SOIL_LEVEL => SLIGHT,FABRIC