Prednáška 4b

Oznamy

Program na dnes:

• oznamy, návod na dištančnú výučbu
• teoretické cvičenie (krátky test)
• vzorové riešenia testu
• dokončenie minulej prednášky

Čo nás čaká v najbližších dňoch

• zajtra hlavné cvičenia cez MS Teams, rozcvička na funkcie (pozrite si pred cvičením)
• v stredu prednáška o poliach
• v stredu bude zverejnené zadanie prvej domácej úlohy
• v piatok doplnkové cvičenia
• návod na použitie MS Teams

Zmeny v pravidlách predmetu súvisiace s dištančnou výučbou

• Počet písomiek cez semester sa znížil z 3 na 1, váha písomiek z 30% na 20%
  • Dnešné teoretické cvičenia vo forme testu sa počítajú do bodov z cvičení, nie do písomiek
• Naopak váha záverečnej skúšky vzrástla z 30% na 40%, môže zahŕňať ústnu skúšku
• Pridala sa podmienka, že v prípade konania ústnej skúšky aj z tejto treba získať aspoň polovicu 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 záverečnú písomku
• môžete používať ľubovoľné papierové materiály aj stránku predmetu (poznámky z prednášok), zakázané sú iné webstránky, použitie editorov, kompilátorov, programátorských prostredí, komunikovanie s inými osobami

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

Príklad programu s využitím funkcie

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

/* Definicia funkcie dist: */
double dist(double x1, double y1, double x2, double y2) {
    return sqrt((x1 - x2) * (x1 - x2) + (y1 - y2) * (y1 - y2));
}

int main() {
    double Ax, Ay, Bx, By, Cx, Cy;
    
    cout << "Zadaj suradnice vrcholu A: "; 
    cin >> Ax >> Ay;
    cout << "Zadaj suradnice vrcholu B: ";
    cin >> Bx >> By;
    cout << "Zadaj suradnice vrcholu C: ";
    cin >> Cx >> Cy;
    
    // Spocitaj dlzky jednotlivych stran:

    // Volanie funkcie dist s argumentmi Bx, By, Cx, Cy
    double a = dist(Bx, By, Cx, Cy);
    // Volanie funkcie dist s argumentmi Ax, Ay, Cx, Cy
    double b = dist(Ax, Ay, Cx, Cy);
    // Volanie funkcie dist s argumentmi Ax, Ay, Bx, By
    double c = dist(Ax, Ay, Bx, By);
    
    cout << "Obvod trojuholnika ABC: " << a + b + c;
}

Lokálne a globálne premenné

• Globálne premenné sú definované mimo funkcie a možno ich používať vo všetkých funkciách, ktoré sú v programe definované za touto premennou.
• Lokálne premenné sú definované vo vnútri funkcie a môžu sa používať iba v rámci nej (alebo iba v rámci niektorej jej časti).
• Viaceré funkcie môžu mať lokálne premenné s tým istým názvom, každá funkcia potom používa tú svoju.
• Je silno odporúčané používať predovšetkým lokálne premenné. Väčšie programy s globálnymi premennými môžu byť veľmi neprehľadné.

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)

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 exit

V prípade použitia nekorektného vstupu napríklad môžeme celý program ihneď ukončiť funkciou exit (treba #include <cstdlib>).

• Parametrom tejto funkcie je návratová hodnota celého programu, ktorá typicky udáva, či program skončil korektne alebo nie.
• Na vyjadrenie neúspešného ukončenia programu použijeme preddefinovanú konštantu EXIT_FAILURE.

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

int sumOfDivisors(int n) {
    if (n <= 0) {
        exit(EXIT_FAILURE);    
    }
    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;
}

Použitie funkcie assert

Pohodlnejšou alternatívou je použitie funkcie assert (treba #include <cassert>). Táto funkcia umožňuje predpokladať 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;
}

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 alebo aspoň deklarované (tento pojem si ozrejmíme o chvíľu).

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

void f1(void) {
    f2();
}

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

Tento program je v poriadku:

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

void f1(void) {
    f2();
}

Program tiež skompiluje v prípade, že každú funkciu pred jej volaním aspoň zadeklarujeme – t.j. uvedieme jej hlavičku bez definície jej tela – a samotnú definíciu funkcie uvedieme až neskôr. V poriadku je teda napríklad aj nasledujúci program:

void f2(void);

void f1(void) {
    f2();
}

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

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).

Záznam typu struct

V príkladoch s obvodom trojuholníka a stredom úsečky sme funkciám posielali veľa parametrov (súradnice x a y)

void stred(double x1, double y1, double x2, double y2, double &xs, double &ys) {
    xs = (x1 + x2) / 2;
    ys = (y1 + y2) / 2;
}

Program bude krajší, ak si údaje o jednom bode spojíme do jedného záznamu

struct bod {
    double x, y;
};

• Pomocou struct vytvoríme nový dátový typ bod, ktorý má zložky x a y
  • V jednom struct-e môžu byť aj položky rôznych typov (napr. struct bod { double x,y; int id; bool visible; };)
• Môžeme vytvárať premenné typu bod, napr. bod a, b;
• K položkám bodu pristupujeme pomocou bodky, napr. a.x = 4.0;
• Do funkcií body posielame radšej referenciou, aby sa zbytočne nekopírovalo veľa hodnôt

Nasledujúci program načíta súradnice troch bodov, spočíta obvod trojuholníka a stredy všetkých troch strán.

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

struct bod {
    double x, y;  // suradnice bodu v rovine
};

double dlzka(bod &bod1, bod &bod2) {
    // funkcia vrati dlzku usecky z bodu 1 do bodu 2
    double dx = bod1.x - bod2.x;
    double dy = bod1.y - bod2.y;
    return sqrt(dx * dx + dy * dy);
}

void stred(bod &bod1, bod &bod2, bod &stred) {
    // funkcia do bodu stred spocita stred usecky z bodu 1 do bodu 2
    stred.x = (bod1.x + bod2.x) / 2;
    stred.y = (bod1.y + bod2.y) / 2;
}

void vypisBod(bod &b) {
    // funkcia vypise surandice bodu v zatvorke a koniec riadku
    cout << "(" << b.x << "," << b.y << ")" << endl;
}

int main(void) {
    // nacitame suradnice vrcholov trojuholnika
    bod A, B, C;
    cout << "Zadaj suradnice vrcholu A oddelene medzerou: ";
    cin >> A.x >> A.y;
    cout << "Zadaj suradnice vrcholu B oddelene medzerou: ";
    cin >> B.x >> B.y;
    cout << "Zadaj suradnice vrcholu C oddelene medzerou: ";
    cin >> C.x >> C.y;
    // spocitame dlzky stran
    double da = dlzka(B, C);
    double db = dlzka(A, C);
    double dc = dlzka(A, B);
    // vypiseme obvod
    cout << "Obvod trojuholnika ABC: " << da + db + dc << endl;

    // spocitame stredy stran
    bod stredAB;
    stred(A, B, stredAB);
    bod stredAC;
    stred(A, C, stredAC);
    bod stredBC;
    stred(B, C, stredBC);

    // vypiseme stredy stran
    cout << "Stred strany AB: ";
    vypisBod(stredAB);
    cout << "Stred strany AC: ";
    vypisBod(stredAC);
    cout << "Stred strany BC: ";
    vypisBod(stredBC);
}

Príklad behu programu:

Zadaj suradnice vrcholu A oddelene medzerou: 0 0
Zadaj suradnice vrcholu B oddelene medzerou: 0 3
Zadaj suradnice vrcholu C oddelene medzerou: 4 0
Obvod trojuholnika ABC: 12
Stred strany AB: (0,1.5)
Stred strany AC: (2,0)
Stred strany BC: (2,1.5)