Funzioni e procedure⚓︎

Come accennato in precedenza, un programma può essere organizzato in un programma principale e un insieme di sotto-programmi. Ad esempio

flowchart TD
  M --> M1 & M2 & M3;

scomponiamo il problema \(M\) nei sotto-problemi \(M_1, M_2, M_3\)

Struttura di un programma in C⚓︎

Nel C, un programma è costituito da una sezione di dichiarazioni globali, dalla funzione main() {} e da altre funzioni, in questo caso \(f_1\) e \(f_2\).

flowchart TD
  subgraph "Dichiarazioni Globali"
  direction LR;
    subgraph main; end
    subgraph f1; end
    subgraph f2; end
  end

È presente un'analogia tra la scomposizione di un problema e la struttura di un programma. Intuitivamente si può affermare che la soluzione di ciascun sotto-problema sia un sotto-programma a sè stante.

Sotto-programmi⚓︎

Vari linguaggi di programmazione forniscono dei costrutti sintattici per

creare delle unità di programma (sotto-programmi), dando un nome ad un gruppo di istruzioni;
Attivare tali unità con modalità di comunicazione stabilite con l'unità chiamante.

Caratteristiche di un sotto-programma⚓︎

Un sotto-programma è:

identificato da un nome;
costituito da istruzioni.

Generalmente con gli stessi costrutti di un programma, ovvero dichiarazioni e blocco delle dichiarazioni eseguibili

Attivazione o chiamata di un sotto-programma⚓︎

Un sotto-programma va in esecuzione solo se la sua attivazione viene richiesta da parte di un'altra unità di programma (che sia in grado di rilevare la presenza del sotto-programma).

L'attivazione viene richiesta utilizzando il nome del sotto-programma. Tale nome va utilizzato ogni volta che si vuole eseguire quel determinato blocco di istruzioni.

I programmi possono essere sia interni che esterni all'unità che li utilizza.

Parametri di un sotto-programma⚓︎

I sotto-programmi possono comunicare con l'unità chiamante attraverso i parametri.

Il nome del sotto-programma e l'elenco dei suoi parametri vengono dichiarati esplicitamente nell'intestazione dei sotto-programmi, ovvero la prima istruzione del sotto-programma.

I parametri consentono di rappresentare i dati di comunicazione tra il sotto-programma e il programma chiamante, ovvero i dati di ingresso e quelli di uscita del sotto-programma.

Ogni parametro è individuato da un nome e da un tipo. Inoltre, la lista dei parametri va definita in modo esplicito nell'intestazione del sotto-programma.

Attivazione di un sotto-programma⚓︎

Al momento dell'attivazione del sotto-programma:

viene sospesa l'esecuzione dell'unità contenente la richiesta di attivazione e il controllo passa al sotto-programma attivato;
al termine dell'esecuzione, l'attivazione viene terminata e il controllo ritorna all'unità chiamante.

Astrazione funzionale e procedurale⚓︎

Mediante i sotto-programmi è possibile ampliare l'insieme degli operatori e delle istruzioni disponibili in un linguaggio di programmazione. I sotto-programmi sono di due tipi:

Funzioni mediante le quali è possibile introdurre nuovi operatori (astrazione funzionale o astrazione della nozione di operatore);
Procedure mediante le quali è possibile introdurre nuove istruzioni (astrazione procedurale o astrazione della nozione di istruzione).

Funzioni matematiche⚓︎

Un sotto-programma di tipo funzione consente di costruire una funzione matematica.

Una funzione matematica \(f\) associa ad un valore del suo dominio \(\dom f\) un valore del dominio del risultato, il \(\codom f\). Ad esempio sia \(f = \sqrt{x}\), si ha:

\[ f \colon \R \to \R \]

Funzioni⚓︎

In un linguaggio di programmazione una funzione \(f\) può essere vista come un operatore che opera su operandi, ovvero i parametri in input, e produce un risultato o valore di output

flowchart LR
    Operandi --> f --> Risultato;

Ai parametri di input e al valore di output deve essere associato un tipo. Il valore di output è necessariamente scalare.

Attivazione di una funzione⚓︎

Una funzione viene attivata (o chiamata) inserendo il nome della stessa e la sua lista dei parametri (se presente) in un'espressione dello stesso tipo della funzione.

Per poter chiamare una funzione è sufficiente conoscere il nome di quest'ultima e la sua lista di parametri, dunque una funzione può essere vista come una scatola nera della quale si conoscono soltanto i dati d'ingresso e il risultato.

Astrazione funzionale⚓︎

Una funzione \(f\) può essere vista come un operatore che opera su tipi di dati primitivi o definiti dal programmatore.

Con l'introduzione di una funzione viene ampliato l'insieme degli operatori del linguaggio utilizzato.

Funzioni in C⚓︎

Il linguaggio C fornisce il costrutto function per realizzare sia funzioni che procedure. Le differenze consistono essenzialmente nel modo di

Modo di comunicare i dati di uscita
Modo di chiamare il sotto-programmi

Per poter utilizzare una funzione è necessario:

definire il sotto-programma, cioè scrivere in C tutte le istruzioni necessarie;
dichiarare il sotto-programma nella parte dichiarativa del programma.

Definizione di una funzione⚓︎

La definizione di una funzione è costituita da: un'intestazione e un blocco di dichiarazioni e istruzioni, ovvero sezioni di:

dichiarazioni di costanti, tipi e variabili
di istruzioni

La sintassi per definire una funzione nel C è la seguente:

Funzione in C
<tipo> <identificatore>(<parametri>) {
    <dichiarazioni locali>
    <istruzioni>
}

Dopo l'intestazione della funzione vi sono:

le dichiarazioni locali, cioè le dichiarazioni di tutte le risorse (costanti, tipi, variabili, funzioni) necessarie;
il blocco delle istruzioni

Infine è presente l'istruzione return <valore>; che restituisce il valore calcolato dall'espressione

Intestazione di una funzione⚓︎

Nell'intestazione di una funzione:

C

<tipo> <identificatore>(<parametri>)

il <tipo> sarebbe il tipo del valore che la funzione restituisce, <identificatore> sarebbe il nome della funzione e <parametri> sarebbe la lista di parametri che la funzione accetta.

Lista di parametri formali⚓︎

Ogni parametro della lista è definito come tipo e identificatore

C

(<parametri>) := (<tipo> <identificatore>)

I parametri sono tra loro separati da virgole.

Esempi di intestazione

C

int abs(int x);

oppure

C

float somma(int a, int b);

Lista di parametri attuali⚓︎

I parametri attuali indicano i valori degli argomenti rispetto ai quali la funzione deve essere calcolata. Un parametro attuale può essere:

Una costante;
Una variabile;
Una espressione;
Una chiamata ad una funzione;

Esempi di attivazione

Data la seguente funzione

C

float somma(int a, int b);

esempi di attivazione della stessa sono i seguenti:

C
z = somma(a, b);
z = somma(2, 5*b);
z = c + somma(a, b);
y = somma(x, abs(z));

L'attivazione di una funzione può essere inserita dovunque possa essere inserito un operatore sul tipo del parametro della funzione.

Prototipi⚓︎

Una funzione deve essere dichiarata prima del suo utilizzo. La dichiarazione è costituita dal suo prototipo.

Il prototipo è uguale alla intestazione della funzione:

C

<tipo> <identificatore>(<parametri>)

Nel prototipo gli identificatori dei parametri sono opzionali, si può quindi avere:

C

<tipo> <identificatore>(<tipi>)

Il prototipo di una funzione deve essere inserito nella parte dichiarativa del programma, prima del codice che utilizza la funzione stessa.

In tal modo il compilatore può facilmente controllare il numero ed il tipo dei parametri di input ed il tipo del valore restituito.