Подпрограммы, формальные и фактические параметры

Подпрограммы

Подпрограммы используются для решения однотипных задач и позволяют структурировать код.

Если блок кода решает какую-то общую задачу (например, поиск минимума из трех чисел или сортировка массива), стоит выделить его в подпрограмму.

Во-первых, это облегчит понимание вашего кода. Вызов подпрограммы с хорошим именем лучше отражает логику программы. Во-вторых, подпрограммы позволяют избавиться от дублирования кода. Если вы поймали себя на том, что второй или даже третий раз делаете «копи/паст», значит пришло время написать подпрограмму.

Процедуры и функции

В Pascal выделяют два типа подпрограмм: процедуры и функции. Они похожи, но функции имеют возвращаемое значение (например, функция min или cos), а процедуры — нет (write, read).

Пример процедуры. Печать на консоль пары значений: x, f(x).

procedure printArgFuncPair(x: real; fx: real); 
begin
  writelnFormat('x = {0,6:f4}; f(x) = {1,6:f4}', 
    x, fx);
end;

Пример функции. Минимум из двух целых чисел.

function minInt(x, y: integer): integer;
begin
  if x < y then
    result := x
  else
    result := y;
end;

Параметры подпрограмм

Логически выделяют три типа параметров:

• входные;
• входно-выходные;
• выходные.

Как следует из названия, входные параметры только используются подпрограммой. В процессе работы подпрограммы они не изменяются. Например, функция cos(x) получает на вход значение угла в радианах и возвращает значение косинуса этого угла. Значение угла никак не модифицируется. То же можно сказать о параметрах подпрограмм из примеров выше.

Входно-выходные параметры используются в подпрограмме и модифицируются. То есть новое значение параметра важно для вызывающей стороны. Вспомним, например, процедуру инкремента:

procedure inc(var x: integer);
begin
  x := x + 1;
end;

И рассмотрим вызов процедуры в основной программе:

begin
  var x := 5;
  writeln(x);
  inc(x);
  writeln(x);
end.

В результате работы получится следующий вывод:

5
6

То есть после вызова процедуры изменилось значение нашей переменной x из основной программы.
Входно-выходные параметры описываются с ключевым словом var.

В чем разница между «обычным» описанием параметра и описанием с ключевым словом var? Если мы просто описываем параметр подпрограммы:

function f(x: integer): integer;

Это значит, что при вызове подпрограммы значение фактического параметра (то есть, например, значение 5 при вызове f(5)) будет скопировано «в формальный параметр» x. Это можно понимать так: представьте что вы — специалист по сборке моделей самолетов. Друг просит вас собрать модель из запчастей, которые у него есть. Но свои запчасти он вам не дает! Поэтому кто-то (может быть его папа) делает такие же точно запчасти и передает их вам. Вы собираете модель самолета и отдаете ее другу.

А теперь опишем наши запчасти с ключевым словом var.

procedure p(var x: integer);

Вот теперь, когда друг попросит собрать ему самолет, вы соберете модель непосредственно из его запчастей. И его запчасти чудесным образом превратятся в замечательный самолет!

Итак, вернемся к программированию. Описание формального параметра без ключевого слова означает, что при вызове подпрограммы значение фактического параметра будет скопировано и подставлено на место формального. То есть при вызове процедуры p

procedure p(x: integer);

следующим образом:

var y := 5;
p(y);

Значение 5 будет скопировано, и внутри процедуры p переменная x будет равна 5.

А если мы описываем формальный параметр с ключевым словом var, то при вызове подпрограммы в качестве формального параметра будет использован сам фактический параметр. То есть для процедуры q

procedure q(var x: integer);

при вызове

var y := 5;
q(y);

процедура q будет работать не с копией y, а с оригиналом, самим y. И если внутри процедуры меняется значение x, значит меняется и сам y.

Такая передача параметров называется передачей по ссылке (в первом же случае мы говорим о передаче параметра по значению). «Физически» это означает, что в подпрограмму передается адрес фактического параметра, и тогда подпрограмма работает непосредственно с этим фактическим параметром.

Замечание. Важно понимать, что тип параметра в первую очередь играет роль для вызывающей стороны! Внутри подпрограммы и с входными, и с входно-выходными параметрами работают одинаково. Внутри подпрограммы вы можете делать с ними все, что хотите. Вопрос в том, как это влияет на того, кто вызвал данную подпрограмму.

Рассмотрим пример неправильной процедуры инкремента:

procedure incBad(x: integer);
begin
  writeln('incBad begin');
  writeln('x before = ', x);
  x := x + 1;
  writeln('x after = ', x);
  writeln('end incBad');
end;

И вызовем её в основной программе следующим образом:

begin
  var y := 5;
  writeln('y before = ', y);
  incBad(y);
  writeln('y after = ', y);
end.

Получим вывод:

y before = 5
incBad begin
x before = 5
x after = 6
end incBad
y after = 5

Видим, что внутри процедуры переменная x ведет себя самым обычным образом. Мы прибавили к ней единицу, и её значение изменилось. Но на переменную y процедура incBad никак не повлияла. Все потому, что формальный параметр x — входной, он передается по значению. То есть значение y было скопировано при вызове процедуры, но сама переменная y «не пострадала». С тем же успехом мы могли бы написать incBad(5);

А теперь рассмотрим правильную процедуру:

procedure incGood(var x: integer);
begin
  writeln('incGood begin');
  writeln('x before = ', x);
  x := x + 1;
  writeln('x after = ', x);
  writeln('end incGood');
end;

И вызовем её в основной программе:

begin
  var y := 5;
  writeln('y before = ', y);
  incGood(y);
  writeln('y after = ', y);
end.

Получим вывод:

y before = 5
incGood begin
x before = 5
x after = 6
end incGood
y after = 6

Видим, что теперь изменилось и значение нашей переменной y. Все правильно, ведь теперь x — входно-выходной параметр и передается по ссылке. Все, что мы сделали с x в процедуре, мы на самом деле проделали с переменной y. Заметим, что теперь написать incGood(5); мы не можем. В качестве входно-выходного параметра может выступать только переменная.

Выходные параметры отличаются от входно-выходных только тем, что их начальное значение нас не интересует. Описываются точно так же, как и входно-выходные — с ключевым словом var.

Пример:

procedure calcBounds(x: real; var left, right: integer);
begin
  left := Floor(x);
  right := Ceil(x);
end;

begin
  var z := 1.5;
  var l, r: integer;
  calcBounds(z, l, r);
  writeln(l, ' | ', z, ' | ', r);
end.

Результат:

1 | 1.5 | 2