Funzioni. Unità 5. Domenico Daniele Bloisi. Corso di Programmazione e Metodi Numerici Ingegneria Aerospaziale BAER

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1 Corso di Programmazione e Metodi Numerici Ingegneria Aerospaziale BAER Domenico Daniele Bloisi

2 Docenti Metodi Numerici prof. Vittoria Bruni Programmazione prof. Domenico Daniele Bloisi Sito del corso Nota: %7E corrisponde alla tilde ~ Pagina 2

3 Orario delle Lezioni Lunedì Martedì Giovedì Venerdì Aula 15, Via Scarpa 14 Pagina 3

4 Informazioni Generali Ing. Domenico Daniele Bloisi, PhD Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Via Ariosto 25 (adiacente Piazza Dante, A fermate Manzoni, Vittorio Emanuele, Tram 3 fermata via Labicana) mailto:bloisi@dis.uniroma1.it Pagina 4

5 Ricevimento Martedì DIS via Ariosto 25 Aula docenti adiacente aula A4 Si consiglia di inviare una per conferma e di controllare preventivamente la bacheca degli avvisi Pagina 5

6 Sommario Definizione di funzioni Passaggio dei parametri Esecuzione di una funzione Variabili dichiarate in una funzione: campo di azione Overloading di funzioni Organizzazione di un programma Domini definiti induttivamente Ricorsione e funzioni ricorsive Gestione della memoria a run-time Ricorsione multipla Pagina 6

7 Astrazione sulle operazioni: funzioni L'astrazione sulle operazioni è supportata da tutti i linguaggi di programmazione attuali (Java, C#, C++, C, Pascal, Fortran, Lisp, ecc.). In C++ l'astrazione sulle operazioni si realizza attraverso la nozione di funzione. Una funzione può essere vista come una scatola nera che prende dei parametri in ingresso e restituisce dei risultati o compie delle azioni. Pagina 7

8 Definizione di funzioni Sintassi intestazione blocco intestazione è l intestazione della funzione ed ha la seguente forma: tiporisultato nomefunzione (parametriformali) dove tiporisultato è il tipo del risultato restituito dalla funzione oppure void se non viene restituito alcun risultato nomefunzione è il nome della funzione parametriformali è una lista di dichiarazioni di parametri (tipo e nome) separate da virgola; ogni parametro è una variabile; la lista di parametri può anche essere vuota blocco è il corpo della funzione contenente le istruzioni che saranno eseguite all invocazione della funzione stessa; esso ha la forma: { istruzioni Pagina 8

9 Semantica L'intestazione indica il nome della funzione, il numero e il tipo dei parametri formali e il tipo dell'eventuale valore restituito. Il corpo della funzione specifica le istruzioni che devono essere eseguite quando essa viene attivata. I parametri formali servono a passare informazioni da elaborare nel corpo della funzione. I parametri formali vengono utilizzati nel corpo della funzione esattamente come variabili già inizializzate. L'eventuale risultato restituito è il valore dell'invocazione della funzione. Pagina 9

10 Esempio La funzione main ha la forma int main () {... che equivale a int main (void) {... Pagina 10

11 Risultato di una funzione: l istruzione return Sintassi return espressione ; dove espressione è un espressione il cui valore è compatibile con il tipo del risultato dichiarato nell intestazione della funzione. Pagina 11

12 Semantica L istruzione return eseguita all interno di una funzione termina l esecuzione della stessa e restituisce il risultato alla parte di programma dove è stata invocata la funzione. Pagina 12

13 Esempi int main() { return 0; // terminazione normale del programma Se il tipo del risultato della funzione è void, l istruzione return si può omettere, oppure può essere usata semplicemente per interrompere l esecuzione della funzione stessa. La sintassi dell istruzione è in questo caso: return; Nota: l'esecuzione dell'istruzione return fa sempre terminare la funzione, anche se ci sono altre istruzioni che seguono. Pagina 13

14 Mancato return #include <iostream> #include <cmath> using namespace std; double radice(double x) { double r = sqrt(x); 1) Verificare se il compilare g++ segnala eventuali errori 2) In caso di avvenuta compilazione, provare ad eseguire il programma int main() { cout << radice(4.0) << endl; Pagina 14

15 Esempi di definizione di funzioni Esempio 1 void stampasaluto() { cout << "Buon giorno!" << endl; Esempio 2 double dist(double x1, double y1, double x2, double y2) { return sqrt(pow(x2 - x1, 2) + pow(y2 - y1, 2)); Pagina 15

16 Esempio: potenza tramite definizione di due funzioni int moltiplicazione(int moltiplicando, int moltiplicatore) { int prodotto = 0; while (moltiplicatore > 0) { moltiplicatore--; prodotto = prodotto + moltiplicando; return prodotto; Pagina 16

17 Esempio: potenza tramite definizione di due funzioni int potenza(int base, int esponente) { int risultato = 1; while (esponente > 0) { esponente--; risultato = moltiplicazione(risultato, base); return risultato; Pagina 17

18 Passaggio dei parametri La definizione di una funzione presenta nell intestazione una lista di parametri formali. Questi parametri sono utilizzati come variabili all interno del corpo della funzione. L invocazione di una funzione contiene i parametri da utilizzare come argomenti della funzione stessa. Questi parametri sono detti parametri attuali, per distinguerli dai parametri formali presenti nell intestazione della definizione della funzione. Quando, attraverso una invocazione, attiviamo una funzione, i parametri attuali devono essere legati ai parametri formali. Esistono diversi modi possibili di effettuare questo legame. Pagina 18

19 Passaggio dei parametri C++ prevede tre modi per il passaggio dei parametri: passaggio per valore passaggio per riferimento passaggio mediante puntatori Pagina 19

20 Passaggio dei parametri per valore Sia pa un parametro attuale presente nell invocazione della funzione e pf il corrispondente parametro formale nella definizione della funzione: legare pa a pf per valore significa, al momento della attivazione della funzione: 1. valutare il parametro attuale pa (che in generale è un espressione) 2. associare una locazione di memoria al parametro formale pf 3. inizializzare tale locazione con il valore di pa. Pagina 20

21 Passaggio dei parametri per valore Il parametro formale pf si comporta esattamente come una variabile creata al momento dell attivazione della funzione e inizializzata con il valore del parametro attuale pa. Alla fine dell esecuzione del corpo della funzione la memoria riservata per il parametro formale viene rilasciata e il suo valore si perde. Nota: i valori delle variabili che compaiono nell espressione pa non vengono alterati dall esecuzione della funzione. Pagina 21

22 Esempio di passaggio per valore int raddoppia(int x) { x = x * 2; return x; int main() { int a, b; a = 5; b = raddoppia(a + 1); cout << a << " " << b << endl; Pagina 22

23 Esempio di passaggio per valore 1. vengono definite due variabili intere a, b e a viene inizializzata al valore 5; 2. vengono valutati i parametri attuali: nel nostro caso il parametro attuale è l espressione a + 1 che ha come valore 6; 3. viene individuata la funzione da eseguire, cercando la definizione di una funzione il cui prototipo sia conforme alla invocazione: il nome della funzione deve essere lo stesso e i parametri attuali devono corrispondere in numero e tipo ai parametri formali: nel nostro caso la funzione che cerchiamo deve avere la segnatura raddoppia(int); Pagina 23

24 Esempio di passaggio per valore 4. viene sospesa l esecuzione dell unità di programma chiamante: nel nostro caso la funzione main; 5. viene allocata la memoria per i parametri formali (considerati come variabili) e le variabili definite nella funzione (vedremo in seguito): nel nostro caso viene allocata la memoria per il parametro formale x; 6. viene assegnato il valore dei parametri attuali ai parametri formali: nel nostro caso il parametro formale x viene inizializzato con il valore 6; Pagina 24

25 Esempio di passaggio per valore 7. vengono eseguite le istruzioni del corpo della funzione invocata (a partire dalla prima): nel nostro caso il valore di x viene moltiplicato per 2 e diventa 12; 8. l esecuzione della funzione invocata termina (o per l esecuzione dell istruzione return o perché non ci sono altre istruzioni da eseguire): nel nostro caso incontriamo l istruzione return x; 9. viene deallocata la memoria utilizzata per i parametri formali e le variabili della funzione, perdendo qualsiasi informazione ivi contenuta: nel nostro caso viene eliminata la locazione di memoria corrispondente al parametro formale x; Pagina 25

26 Esempio di passaggio per valore 10. se la funzione restituisce un risultato, tale risultato diviene il valore dell espressione costituita dall invocazione nell unità di programma chiamante: nel nostro caso il risultato è 12; 11. si riprende l esecuzione dell unità di programma chiamante dal punto in cui era stata interrotta dall invocazione: il valore 12 viene assegnato alla variabile b. Nel passaggio di parametri per valore il contenuto delle variabili usate come parametri attuali non viene mai modificato. Il programma illustrato stampa quindi Pagina 26

27 Vantaggi del passaggio per valore E sicuro: le variabili del chiamante e del chiamato sono completamente disaccoppiate. Consente di ragionare per componenti e servizi: la struttura interna dei singoli componenti è irrilevante (la funzione può anche modificare il contenuto dei parametri formali, senza che ciò abbia alcun impatto sui valori dei parametri attuali nell ambiente del chiamante). Pagina 27

28 Limiti del passaggio per valore Il passaggio per valore ha una SEMANTICA PER COPIA Impedisce a priori di scrivere funzioni che abbiano come scopo quello di modificare i dati passati dall ambiente chiamante. Impedisce di restituire più di un risultato all ambiente chiamante (es. non è possibile creare una funzione che restituisca quoziente e resto di una divisione). Pagina 28

29 Esempio di passaggio per valore void swapval(int a, int b) { int temp; temp = a; a = b; b = temp; Cosa stampa questo programma? int main() { int x = 12, y = 27; cout << "x = " << x << " y = " << y << endl; swapval(x, y); cout << "x = " << x << " y = " << y << endl; Pagina 29

30 Passaggio dei parametri per riferimento La versione corretta del programma C++ che realizza l'effettivo scambio di valore delle variabili passate come parametri attuali necessita di un passaggio per riferimento Occorre un metodo per consentire alla funzione di poter manipolare le (fare riferimento alle) variabili dell ambiente del chiamante Pagina 30

31 Principi del passaggio per riferimento Una funzione deve poter dichiarare, nella sua intestazione, che un parametro costituisce un riferimento In tal caso: il parametro formale indicato come riferimento non è più una variabile locale inizializzata al valore del parametro attuale, ma è un riferimento alla variabile originale (parametro attuale) nell ambiente della funzione chiamante ogni modifica fatta al parametro formale, in realtà viene effettuata sul parametro attuale della funzione chiamante (le modifiche fatte dall ambiente chiamato si propagano all ambiente chiamante). Pagina 31

32 Passaggio parametri per riferimento Nel passaggio dei parametri per riferimento il parametro attuale fornito alla funzione è il riferimento (cioè l'indirizzo di memoria) di una variabile. La dichiarazione di un parametro passato per riferimento avviene usando il carattere & davanti al nome del parametro formale. void scambia(int &a, int &b) {... Pagina 32

33 Esempio: scambio di valori tra due variabili void swapref (int &i, int &j) { int temp; temp = j; j = i; i = temp; return; Pagina 33

34 Esempio: scambio di valori tra due variabili int main (){ int i = 1; int j = 2; cout << "i = " << i << endl; cout << "j = " << j << endl; swapref(i, j); cout << "after swapref" << endl; cout << "i = " << i << endl; cout << "j = " << j << endl; return 0; Pagina 34

35 Variabili locali Il corpo di una funzione può contenere dichiarazioni di variabili. Tali variabili vengono dette variabili locali. Una variabile ha due aspetti fondamentali campo d azione (è una nozione statica, che dipende dal testo del programma) tempo di vita (è una nozione dinamica, che dipende dall esecuzione del programma) Pagina 35

36 Campo d azione delle variabili locali Il campo d'azione (o scope) di una variabile è l'insieme delle unità di programma in cui la variabile è visibile (cioè accessibile ed utilizzabile). Il campo di azione di una variabile locale è il corpo della funzione in cui essa è dichiarata. Più in generale, una variabile dichiarata in un qualsiasi blocco ( istruzione {... ) è visibile in quel blocco (inclusi eventuali blocchi interni), ma non è visibile all'esterno del blocco stesso. Una variabile non può essere utilizzata nel corpo della funzione prima di essere dichiarata. Pagina 36

37 Esempio: campo di azione di variabili locali int raddoppia (int x) { return x*2; void stampa() { cout << a << endl; //ERRORE a non è definita int main() { int a = 5; a = raddoppia(a); stampa(); cout << a << endl; nella funzione stampa la variabile a non è visibile (perché definita nella funzione main). Pagina 37

38 Variabili globali In C++ le variabili globali, cioè definite al di fuori di una definizione di funzione, sono visibili in tutte le funzioni. In ogni funzione sono visibili le variabili dichiarate localmente e le variabili globali. Pagina 38

39 Esempio int a = 1; // dichiarazione globale di a void f1 () { cout << "In f1" << endl; cout << "a = " << a << endl; // cout << "b = " << b << endl; return; Errore in compilazione int main () { int b = 1; f1(); cout << "In main" << endl; cout << "a = " << a << endl; return 0; Pagina 39

40 Tempo di vita delle variabili Il tempo di vita di una variabile è il tempo in cui la variabile rimane effettivamente accessibile in memoria durante l'esecuzione. Le variabili locali ad una funzione vengono create al momento dell'attivazione della funzione (come i parametri formali) e vengono distrutte al momento dell'uscita dall'attivazione. Le variabili globali restano in vita per tutta la durata dell'esecuzione del programma. Il tempo di vita di una variabile è un concetto rilevante a tempo di esecuzione. Da esso dipende l insieme delle variabili utilizzabili in ciascun punto del programma. Pagina 40

41 Esempio: tempo di vita delle variabili locali int raddoppia (int x) { int temp = x*2; return temp; void stampa(int b) { cout << b << endl; int main() { int a = 5; a = raddoppia(a); a = raddoppia(a); stampa(a); cout << a << endl; Pagina 41

42 Esempio: tempo di vita delle variabili locali La variabile a inizia ad essere in vita quando viene eseguita la sua dichiarazione nella funzione main. Il parametro x della funzione raddoppia (che corrisponde ad una variabile locale) e la variabile locale temp iniziano ad essere in vita quando viene invocata la funzione raddoppia e muoiono, al termine della sua esecuzione. Ad ogni esecuzione di raddoppia corrispondono in esecuzione, diverse istanze di variabili. Analogamente il parametro x della funzione stampa nasce e muore con l esecuzione di stampa. Pagina 42

43 Nota: tempo di vita delle variabili locali Durante le esecuzioni delle funzioni raddoppia e stampa la variabile a rimane in vita anche se non è visibile. Pagina 43

44 Overloading (sovraccarico) delle funzioni C++ distingue le funzioni attraverso l intera segnatura e non solo dal nome. Quindi possiamo definire nella stessa classe più funzioni con lo stesso nome che si differenziano per il numero e tipo dei parametri formali (nota: l identificatore utilizzato per i parametri formali non è rilevante). Pagina 44

45 Overloading (sovraccarico) delle funzioni int somma(int x, int y) { return x+y; int somma(double x, double y) { return (int)(x+y); int somma(int x, int y, int z) { return x+y+z; Pagina 45

46 Organizzazione di un programma Programmi complessi possono essere organizzati in più file. Questo consente una maggiore leggibilità e possibilità di riuso. I file contenenti specifiche di programmi si distinguono in file di intestazione o header (estensione.h) file di implementazione (estensione.cpp) Nei file header vengono inserite solamente le dichiarazioni delle funzioni, mentre nei file di implementazione anche il corpo che implementa la funzione (definizione). Pagina 46

47 Organizzazione di un programma Solitamente la funzione main si trova in un file separato da quello in cui vengono definite altre funzioni. Ogni file che usa funzioni definite altrove deve includere il relativo file header (non il file con l implementazione.cpp!) Pagina 47

48 Esempio File f.h // dichiarazione delle funzioni // radicequadrata e stampa double radicequadrata(double x); void stampa(double x); Pagina 48

49 Esempio File f.cpp #include <iostream> #include <cmath> //implementazione della funzione radicequadrata double radicequadrata(double x) { return sqrt(x); // implementazione della funzione stampa void stampa(double x) { std::cout << x << std::endl; Pagina 49

50 Esempio File main.cpp #include "f.h" // implementazione della funzione main int main() { stampa(radicequadrata(25)); Pagina 50

51 Compilazione File multipli devono essere compilati indicando tutti (e soli) i file.cpp Esempio g++ -o test f.cpp main.cpp Pagina 51

52 Esercizi Esercizio 5.1 Scrivere una funzione che calcoli il volume di una sfera, dato il raggio. Scrivere un programma di prova che usi tale funzione, leggendo da tastiera il valore del raggio e stampando il volume della sfera con tale raggio. Esercizio 5.2 Scrivere una funzione che dati due valori reali a e b restituisca il massimo tra i due. Scrivere un programma di prova per tale funzione, leggendo l input da tastiera. Pagina 52