Prednáška 4b

Oznamy

Program na dnes:

• oznamy
• teoretické cvičenie (krátky test)
• vzorové riešenia testu
• dokončenie minulej prednášky

Čo nás čaká v najbližších dňoch

• zajtra hlavné cvičenia, rozcvička na funkcie (pozrite si pred cvičením)
• v stredu prednáška o poliach
• v piatok doplnkové cvičenia: povinné pre tých, čo v utorok na cvičení nezískajú aspoň 5 bodov

Dnešné teoretické cvičenie

• krátky bodovaný testík, počíta sa do cvičení (spolu 4 body, cca 1% známky)
• ciele: zopakovať si učivo, rozmýšľať nad hotovými programami bez kompilovania a spúšťania programu, tréning na semestrálny test
• môžete používať pero a ťahák vo forme jedného obojstranne popísaného listu A4

Opakovanie

Funkcia je samostatný kus kódu (postupnosť príkazov) s určitým menom. Po zavolaní funkcie jej menom sa daná postupnosť príkazov vykoná.

• Umožňujú vytvoriť „skratku” pre často používané časti kódu, ktoré tak nie je nutné zakaždým písať nanovo.

Definícia funkcie pozostáva z nasledujúcich častí:

• Typ návratovej hodnoty funkcie (napríklad double, int, void)
• Identifikátor funkcie (použite výstižný názov)
• Zoznam vstupných parametrov funkcie a ich typov
• Telo funkcie (príkazy v { })
• Príkaz return vracia návratovú hodnotu funkcie a ukončí jej beh

Platnosť lokálnych premenných je obmedzená na funkciu (alebo blok) v ktorej boli zadefinované. Globálne premenné je možné používať vo všetkých funkciách, zvyčajne sa chceme ich použitiu vyhnúť.

Odovzdávanie parametrov

• Hodnotou: parametre sa nakopírujú, ďalej fungujú ako lokálne premenná funkcie (napr. double x)
• Referenciou: parameter je nové meno pre premennú z volajúcej funkcie (napr. double &x)

Odovzdávanie parametrov hodnotou

Vstupné parametre funkcií sa správajú ako lokálne premenné danej funkcie. Pri volaní funkcie sa každému parametru priradí určitá hodnota. Uvažujme napríklad funkciu

void f(int a, int b) {
    // ...
}

Pri volaní

f(1, 2);

sa parametru a priradí hodnota 1 a parametru b sa priradí hodnota 2. Tieto sa ďalej správajú ako lokálne premenné funkcie f. Možno ich teda meniť, ale táto zmena sa neprejaví na mieste, odkiaľ funkciu voláme. Tento mechanizmus nazývame odovzdávaním parametrov hodnotou.

Príklad:

#include <iostream>
using namespace std;

void f(int n) {
    n++;
    cout << n << endl;
}

int main() {
    int n = 1;
    f(n);               // Vypise 2
    cout << n << endl;  // Vypise 1
}

Odovzdávanie parametrov referenciou

V prípade, že pred názov niektorého parametra v hlavičke funkcie napíšeme &, parameter sa bude odovzdávať referenciou.

• Za takýto parameter možno pri volaní funkcie dosadiť iba premennú (kým pri odovzdávaní hodnotou môžeme použiť napríklad aj konštanty alebo iný výraz).
• Namiesto hodnoty sa funkcii pošle adresa premennej v pamäti (referencia).
• Funkcia potom bude túto premennú používať pod novým názvom; jej prípadné zmeny sa prejavia aj na mieste, odkiaľ bola funkcia volaná.

Príklad:

#include <iostream>
using namespace std;

void f(int &n) {
    n++;
    cout << n << endl;
}

int main() {
    int n = 1;
    f(n);               // Vypise 2.
    cout << n << endl;  // Vypise 2.
}

Ďalej si ukážeme niekoľko použití odovzdávania parametrov referenciou.

Viac ako jedna návratová hodnota

Odovzdávanie parametra referenciou používame napríklad vtedy, keď potrebujeme vrátiť viac ako jednu výstupnú hodnotu.

Napríklad nasledujúca funkcia mid dostane súradnice dvoch bodov [x1,y1] a [x2,y2] a do parametrov [xm,ym], ktoré sú odovzdané referenciou, uloží súradnice stredu úsečky spájajúcej body [x1,y1] a [x2,y2].

#include <iostream>
using namespace std;

void mid(double x1, double y1, double x2, double y2, 
         double &xm, double &ym) {
    xm = (x1 + x2) / 2;
    ym = (y1 + y2) / 2;
}

int main() {
    double Ax, Ay, Bx, By;
    
    cout << "Zadaj suradnice bodu A: ";
    cin >> Ax >> Ay;
    cout << "Zadaj suradnice bodu B: ";
    cin >> Bx >> By;
    
    double Mx, My;
    mid(Ax, Ay, Bx, By, Mx, My);
    cout << "Stred usecky AB je [" 
         << Mx << ", " << My << "]." << endl; 
}

Funkcia swap

Typickým príkladom použitia odovzdávania parametrov referenciou je funkcia swap, ktorá vymení hodnoty dvoch premenných, ktoré dostane ako parametre.

#include <iostream>
using namespace std;

void swap(int &a, int &b) {
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

int main() {
    int x, y;
    cin >> x >> y;
    
    swap(x, y);
    
    cout << "x = " << x << ", y = " << y << endl; 
}

Keby sme funkcii odovzdali parameter hodnotou – čiže by sme funkciu swap definovali s hlavičkou void swap(int a, int b); – vo funkcii main by sa premenné nevymenili.

Ošetrovanie chybných vstupov

Občas môže nastať potreba, aby parametre funkcie spĺňali určité podmienky. V takom prípade môže byť potrebné korektne sa vysporiadať aj so vstupmi, ktoré tieto podmienky nespĺňajú. Ukážeme si teraz zopár možných prístupov k tomuto problému.

Funkcia neošetrujúca chybné vstupy

Uvažujme napríklad nasledujúcu funkciu, ktorá počíta súčet všetkých deliteľov čísla n. Jej základným predpokladom je, že n je kladné celé číslo.

#include <iostream>
using namespace std;

int sumOfDivisors(int n) {
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        if (n % i == 0) {
            sum += i;    
        }        
    }   
    return sum;  
}

int main() {
    int n;
    cout << "Zadaj kladne cele cislo: ";
    cin >> n;
        
    cout << "Sucet delitelov " << n << ": " 
         << sumOfDivisors(n) << "." << endl;
}

Ak však používateľ zadá na vstupe nejaké záporné číslo, funkcia vždy vráti nulu, čo nie je úplne v súlade s očakávaním. Jednou možnosťou by samozrejme bolo prerobiť funkciu tak, aby pracovala správne aj na záporných vstupoch. Sú však aj situácie, keď podobné riešenie nie je možné. Ukážeme si preto ďalšie spôsoby, ako sa s nekorektným vstupom vysporiadať.

Použitie funkcie assert

V prípade použitia nekorektného vstupu napríklad môžeme celý program ihneď ukončiť. Pohodlný spôsob, ako to spraviť, je použitie funkcie assert (treba #include <cassert>). Táto funkcia kontroluje platnosť nejakej podmienky. Ak je táto podmienka splnená, program normálne pokračuje; v opačnom prípade sa program zastaví s chybovou hláškou. Argumentom funkcie assert môže byť ľubovoľná booleovská hodnota.

#include <iostream>
#include <cassert>
using namespace std;

int sumOfDivisors(int n) {
    assert(n > 0);
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        if (n % i == 0) {
            sum += i;    
        }        
    }   
    return sum;  
}

int main() {
    int n;
    cout << "Zadaj kladne cele cislo: ";
    cin >> n;
        
    cout << "Sucet delitelov " << n << ": " 
         << sumOfDivisors(n) << "." << endl;
}

Príklady dvoch behov programu:

Zadaj kladne cele cislo: 10
Sucet delitelov 10: 18.

Zadaj kladne cele cislo: -2
a.out: prog.cpp:6: int sumOfDivisors(int): Assertion `n > 0' failed.
Aborted (core dumped)

Úspech výpočtu ako výstupná hodnota

Často je ale neprípustné v prípade jediného volania funkcie s nekorektnými vstupmi ukončiť celý program. Chceli by sme teda vrátiť dve hodnoty: samotný súčet deliteľov a indikátor, či boli argumenty zadané správne.

• Napríklad súčet deliteľov môžeme ukladať do parametra odovzdávaného referenciou.
• Výstupom funkcie bude booleovská hodnota, ktorá bude true práve vtedy, keď výpočet funkcie prebehol správne (t.j. keď boli zadané správne argumenty). Túto výstupnú hodnotu je potom možné použiť pri volaní funkcie ako známku toho, že hodnota v parametre predanom referenciou je zmysluplná.

#include <iostream>
using namespace std;

bool sumOfDivisors(int n, int &sum) {
    if (n <= 0) {
        return false;
    } else {
        sum = 0;
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            if (n % i == 0) {
                sum += i;    
            }        
        }   
        return true;
    }  
}

int main() {
    int n, sum;
    cout << "Zadaj kladne cele cislo: ";
    cin >> n;
    
    if (sumOfDivisors(n, sum)) { 
        cout << "Sucet delitelov " << n << ": " 
             << sum << "." << endl;
    } else {
        cout << "Zly vstup" << endl;
    }
}

Programy s viacerými funkciami

V programe možno volať iba funkcie, ktoré už predtým boli niekde definované.

Tento program typicky neskompiluje (vo vnútri f1 ešte nepozná f2)

void f1() {
    f2();
}

void f2() {
    cout << "Hello, world!" << endl;
}

Tento program je v poriadku:

void f2() {
    cout << "Hello, world!" << endl;
}

void f1() {
    f2();
}

Funkcia main

Špeciálnou funkciou je v C/C++ funkcia main. Od ostatných funkcií sa odlišuje v nasledujúcom:

• V programe ju nemožno volať – jediné jej volanie je automatické (začína sa ním beh programu).
• Výstupná hodnota funkcie main sa interpretuje ako „spôsob ukončenia” programu (napríklad 0 pre korektné ukončenie, iné hodnoty pre chyby).
  • Funkciu main môžeme teda ukončit napríklad príkazom return 0.
• Funkcia main môže mať aj určité presne špecifikované parametre (viac o tom neskôr).