LT HDT-P4
----------------------- Page 1-----------------------
Chương 4. Hàm
Chương này mô tả những hàm do người dùng định nghĩa như là một trong
những khối chương trình C++. Hàm cung cấp một phương thức đểđóng gói
quá trình tính toán một cách dễ dàng đểđược sử dụng khi cần. Định nghĩa
hàm gồm hai phần: giao diện và thân.
Phần giao diện hàm (cũng được gọi là khai báo hàm) đặc tả hàm có thể
được sử dụng như thế nào. Nó gồm ba phần:
• Tên hàm. Đây chỉ là một định danh duy nhất.
• Các tham số của hàm. Đây là một tập của không hay nhiều định danh
đã định kiểu được sử dụng để truyền các giá trị tới và từ hàm.
• Kiểu trả về của hàm. Kiểu trả về của hàm đặc tả cho kiểu của giá trị mà
hàm trả về. Hàm không trả về bất kỳ kiểu nào thì nên trả về kiểu void.
Phần thân hàm chứa đựng các bước tính toán (các lệnh).
Sử dụng một hàm liên quan đến việc gọi nó. Một lời gọi hàm gồm có tên
hàm, theo sau là cặp dấu ngoặc đơn ‘()’, bên trong cặp dấu ngoặc là không,
một hay nhiều đối sốđược tách biệt nhau bằng dấu phẩy. Số các đối số phải
khớp với số các tham số của hàm. Mỗi đối số là một biểu thức mà kiểu của nó
phải khớp với kiểu của tham số tương ứng trong khai báo hàm.
Khi lời gọi hàm được thực thi, các đối sốđược ước lượng trước tiên và
các giá trị kết quả của chúng được gán tới các tham số tương ứng. Sau đó
thân hàm được thực hiện. Cuối cùng giá trị trả về của hàm được truyền tới
thành phần gọi hàm.
Vì một lời gọi tới một hàm mà kiểu trả về không là void sẽ mang lại một
giá trị trả về nên lời gọi là một biểu thức và có thểđược sử dụng trong các
biểu thức khác. Ngược lại một lời gọi tới một hàm mà kiểu trả về của nó là
void thì lời gọi là một lệnh.
Chương 4: Hàm 45
----------------------- Page 2-----------------------
4.1. Hàm đơn giản
Danh sách 4.1 trình bày định nghĩa của một hàm đơn giản để tính lũy thừa
của một số nguyên.
Danh sách 4.1
1 intPower (int base,unsigned int exponent)
2 {
3 int result= 1;
4 for(inti = 0; i < exponent; ++i)
5 result *= base;
6 returnresult;
7 }
Chú giải
1 Dòng này định nghĩa giao diện hàm. Nó bắt đầu với kiểu trả về của hàm
(là int trong trường hợp này). Kế tiếp là tên hàm, theo sau là danh sách
các tham số. Power có hai tham số (base và exponent) thuộc kiểu int và
unsigned int tương ứng. Chú ý là cú pháp cho các tham số là tương tự như
cú pháp cho định nghĩa biến: định danh kiểu được theo sau bởi tên tham
số. Tuy nhiên, không thể theo sau định danh kiểu với nhiều tham số phân
cách bởi dấu phẩy:
int Power (intbase, exponent) // Sai!
2 Dấu ngoặc này đánh dấu điểm bắt đầu của thân hàm.
3 Dòng này là định nghĩa một biến cục bộ.
4-5 Vòng lặp for này tăng cơ sốbase lên lũy thừa của exponent và lưu trữ kết
quả vào trong result.
6 Hàng này trảresult về như là kết quả của hàm.
7 Dấu ngoặc này đánh dấu điểm kết thúc của thân hàm.
Danh sách 4.2 minh họa hàm được gọi như thế nào. Tác động của lời gọi
hàm này là đầu tiên các giá trị 2 và 8 tương ứng được gán cho các tham số
base va exponent, và sau đó thân hàm được ước lượng.
Danh sách 4.2
1 #include <iostream.h>
2 main (void)
3 {
4 cout << "2 ^ 8 = "<< Power(2,8) << '
';
5 }
Khi chạy chương trình này xuất ra kết quả sau:
2^ 8 =256
Chương 4: Hàm 46
----------------------- Page 3-----------------------
Nói chung, một hàm phải được khai báo trước khi sử dụng nó. Khai báo
hàm (function declaration) đơn giản gồm có mẫu ban đầu của hàm gọi là
nguyên mẫu hàm (function prototype) chỉđịnh tên hàm, các kiểu tham số, và
kiểu trả về. Hàng 2 trong Danh sách 4.3 trình bày hàm Power có thểđược khai
báo như thế nào cho chương trình trên. Nhưng một hàm cũng có thểđược
khai báo mà không cần tên các tham số của nó,
intPower (int, unsignedint);
tuy nhiên chúng ta không nên làm điều đó trừ phi vai trò của các tham số là rõ
ràng.
Danh sách 4.3
1 #include <iostream.h>
2 intPower (int base,unsigned int exponent); // khai bao ham
3 main (void)
4 {
5 cout << "2 ^ 8 = "<< Power(2,8) << '
';
6 }
7 intPower (int base,unsigned int exponent)
8 {
9 int result= 1;
10 for(inti = 0; i < exponent; ++i)
11 result *= base;
12 returnresult;
13 }
Bởi vì một định nghĩa hàm chứa đựng một nguyên mẫu (prototype) nên
nó cũng được xem như là một khai báo. Vì thế nếu định nghĩa của một hàm
xuất hiện trước khi sử dụng nó thì không cần khai báo thêm vào. Tuy nhiên
việc sử dụng các nguyên mẫu hàm là khuyến khích cho mọi trường hợp. Tập
hợp của nhiều hàm vào một tập tin header riêng biệt cho phép những lập trình
viên khác truy xuất nhanh chóng tới các hàm mà không cần phải đọc toàn bộ
các định nghĩa của chúng.
4.2. Tham số và đối số
C++ hỗ trợ hai kiểu tham số: giá trị và tham chiếu. Tham số giá trịnhận một
sao chép giá trị của đối sốđược truyền tới nó. Kết quả là, nếu hàm có bất kỳ
chuyển đổi nào tới tham số thì vẫn không tác động đến đối số. Ví dụ, trong
#include <iostream.h>
void Foo (intnum)
{
num= 0;
Chương 4: Hàm 47
----------------------- Page 4-----------------------
cout << "num = " <<num << '
';
}
int main (void)
{
int x = 10;
Foo(x);
cout << "x = " <<x << '
';
return 0;
}
thì tham số duy nhất của hàm Foo là một tham số giá trị. Đến lúc mà hàm này
được thực thi thì num được sử dụng như là một biến cục bộ bên trong hàm.
Khi hàm được gọi và x được truyền tới nó, num nhận một sao chép giá trị của
x. Kết quả là mặc dù num được đặt về 0 bởi hàm nhưng vẫn không có gì tác
động lên x. Chương trình cho kết quả như sau:
num = 0;
x = 10;
Trái lại, tham số tham chiếu nhận các đối sốđược truyền tới nó và làm
trực tiếp trên đối sốđó. Bất kỳ chuyển đổi nào được tạo ra bởi hàm tới tham
số tham chiếu đều tác động trực tiếp lên đối số.
Bên trong ngữ cảnh của các lời gọi hàm, hai kiểu truyền đối số tương ứng
được gọi là truyền-bằng-giá trịvà truyền-bằng-tham chiếu. Thật là hoàn
toàn hợp lệ cho một hàm truyền-bằng-giá trịđối với một vài tham số và
truyền-bằng-tham chiếu cho một vài tham số khác. Trong thực tế thì truyền-
bằng-giá trị thường được sử dụng nhiều hơn.
4.3. Phạm vi cục bộ và toàn cục
Mọi thứđược định nghĩa ở mức phạm vi chương trình (nghĩa là bên ngoài các
hàm và các lớp) được hiểu là có một phạm vi toàn cục (global scope). Các
hàm ví dụ mà chúng ta đã thấy cho đến thời điểm này đều có một phạm vi
toàn cục. Các biến cũng có thểđịnh nghĩa ở phạm vi toàn cục:
intyear = 1994; //biến toàn cục
int Max (int, int); //hàm toàncục
int main (void) //hàm toàncục
{
//...
}
Các biến toàn cục không được khởi tạo, sẽđược khởi tạo tựđộng là 0.
Vì các đầu vào toàn cục là có thể thấy được ở mức chương trình nên
chúng cũng phải là duy nhất ở mức chương trình. Điều này nghĩa là cùng các
biến hoặc hàm toàn cục có thể không được định nghĩa nhiều hơn một lần ở
Chương 4: Hàm 48
----------------------- Page 5-----------------------
mức toàn cục. (Tuy nhiên chúng ta sẽ thấy sau này một tên hàm có thểđược
sử dụng lại). Thông thường các biến hay hàm toàn cục có thểđược truy xuất
từ mọi nơi trong chương trình.
Mỗi khối trong một chương trình định nghĩa một phạm vi cục bộ. Thật
vậy, thân của một hàm trình bày một phạm vi cục bộ. Các tham số của một
hàm có cùng phạm vi như là thân hàm. Các biến được định nghĩa ở bên trong
một phạm vi cục bộ có thể nhìn thấy tới chỉ phạm vi đó. Do đó một biến chỉ
cần là duy nhất ở trong phạm vi của chính nó. Các phạm vi cục bộ cí thể lồng
nhau, trong trường hợp này các phạm vi bên trong chồng lên các phạm vi bên
ngoài. Ví dụ trong
intxyz; //xyzlàtoàncục
void Foo (int xyz) // xyz là cục bộcho thân của Foo
{
if (xyz > 0) {
double xyz; // xyz là cục bộ chokhối này
//...
}
}
có ba phạm vi riêng biệt, mỗi phạm vi chứa đựng một xyz riêng.
Thông thường, thời gian sống của một biến bị giới hạn bởi phạm vi của
nó. Vì thế, ví dụ các biến toàn cục tồn tại suốt thời gian thực hiện chương
trình trong khi các biến cục bộđược tạo ra khi phạm vi của chúng bắt đầu và
mất đi khi phạm vi của chúng kết thúc. Không gian bộ nhớ cho các biến toàn
cục được dành riêng trước khi sự thực hiện của chương trình bắt đầu nhưng
ngược lại không gian bộ nhớ cho các biến cục bộđược cấp phát ở thời điểm
thực hiện chương trình.
4.4. Toán tử phạm vi
Bởi vì phạm vi cục bộ ghi chồng lên phạm vi toàn cục nên một biến cục bộ có
cùng tên với biến toàn cục làm cho biến toàn cục không thể truy xuất được tới
phạm vi cục bộ. Ví dụ, trong
int error;
void Error (int error)
{
//...
}
biến toàn cục error là không thể truy xuất được bên trong hàm Error bởi vì nó
được ghi chồng bởi tham sốerror cục bộ.
Vấn đề này được giải quyết nhờ vào sử dụng toán tử phạm vi đơn hạng
(::) ,toán tử này lấy đầu vào toàn cục như là đối số:
Chương 4: Hàm 49
----------------------- Page 6-----------------------
int error;
void Error (int error)
{
//...
if (::error != 0) // tham khảo tới errortoàn cục
//...
}
4.5. Biến tựđộng
Bởi vì thời gian sống của một biến cục bộ là có giới hạn và được xác định
hoàn toàn tựđộng nên những biến này cũng được gọi là tựđộng. Bộ xác định
lớp lưu trữauto có thểđược dùng để chỉđịnh rõ ràng một biến cục bộ là tự
động. Ví dụ:
void Foo (void)
{
auto int xyz; // như là: int xyz;
//...
}
Điều này ít khi được sử dụng bởi vì tất cả các biến cục bộ mặc định là tự
động.
4.6. Biến thanh ghi
Nhưđược đề cập trước đó, nói chung các biến biểu thị các vị trí bộ nhớ nơi
mà giá trị của biến được lưu trữ tới. Khi mã chương trình tham khảo tới một
biến (ví dụ, trong một biểu thức), trình biên dịch phát ra các mã máy truy xuất
tới vị trí bộ nhớđược biểu thị bởi các biến. Đối với các biến dùng thường
xuyên (ví dụ như các biến vòng lặp), hiệu xuất chương trình có thể thu được
bằng cách giữ biến trong một thanh ghi, bằng cách này có thể tránh được truy
xuất bộ nhớ tới biến đó.
Bộ lưu trữthanh ghi có thểđược sử dụng để chỉđịnh cho trình biên dịch
biến có thểđược lưu trữ trong một thanh ghi nếu có thể. Ví dụ:
for(register inti =0; i <n; ++i)
sum+=i;
Ởđây mỗi vòng lặp i được sử dụng ba lần: một lần khi nó được so sánh với n,
một lần khi nó được cộng vào sum, và một lần khi nó được tăng. Vì thế việc
giữ biến i trong thanh ghi trong suốt vòng lặp for là có ý nghĩa trong việc cải
thiện hiệu suất chương trình.
Chú ý rằng thanh ghi chỉ là một gợi ý cho trình biên dịch, và trong một vài
trường hợp trình biên dịch có thể chọn không sử dụng thanh ghi khi nó được
Chương 4: Hàm 50
----------------------- Page 7-----------------------
yêu cầu làm điều đó. Một lý do để lý giải là bất kỳ máy tính nào cũng có một
số hữu hạn các thanh ghi và nó có thểở trong trường hợp tất cả các thanh ghi
đang được sử dụng.
Thậm chí khi lập trình viên không khai báo thanh ghi, nhiều trình biên
dịch tối ưu cố gắng thực hiện một dựđoán thông minh và sử dụng các thanh
ghi mà chúng muốn để cải thiện hiệu suất của chương trình.
Ý tưởng sử dụng khai báo thanh ghi thường được đề xuất sau cùng; nghĩa
là sau khi viết mã chương trình hoàn tất lập trình viên có thể xem lại mã và
chèn các khai báo thanh ghi vào những nơi cần thiết.
4.7. Hàm nội tuyến
Giả sử một chương trình thường xuyên yêu cầu tìm giá trị tuyệt đối của một
số các số nguyên. Cho một giá trịđược biểu thị bởi n, điều này có thểđược
giải thích như sau:
(n> 0 ? n :-n)
Tuy nhiên, thay vì tái tạo biểu thức này tại nhiều vị trí khác nhau trong
chương trình, tốt hơn hết là nên định nghĩa nó trong một hàm như sau:
intAbs (int n)
{
return n > 0 ?n : -n;
}
Phiên bản hàm có một số các thuận lợi. Thứ nhất, nó làm cho chương
trình dễđọc. Thứ hai, nó có thểđược sử dụng lại. Và thứ ba, nó tránh được
hiệu ứng phụ không mong muốn khi đối số chính nó là một biểu thức có các
hiệu ứng phụ.
Tuy nhiên, bất lợi của phiên bản hàm là việc sử dụng thường xuyên có
thể dẫn tới sự bất lợi về hiệu suất đáng kể vì các tổn phí dành cho việc gọi
hàm. Ví dụ, nếu hàm Abs được sử dụng trong một vòng lặp được lặp đi lặp lại
một ngàn lần thì sau đó nó sẽ có một tác động trên hiệu suất. Tổn phí có thể
được tránh bằng cách định nghĩa hàm Abs như là hàm nội tuyến (inline):
inline int Abs (intn)
{
return n > 0 ?n : -n;
}
Hiệu quả của việc sử dụng hàm nội tuyến là khi hàm Abs được gọi, trình
biên dịch thay vì phát ra mã để gọi hàm Abs thì mở rộng và thay thế thân của
hàm Abs vào nơi gọi. Trong khi về bản chất thì cùng tính toán được thực hiện
nhưng không có liên quan đến lời gọi hàm vì thế mà không có cấp phát stack.
Chương 4: Hàm 51
----------------------- Page 8-----------------------
Bởi vì các lời gọi tới hàm nội tuyến được mở rộng nên không có vết của
chính hàm được đưa vào trong mã đã biên dịch. Vì thế, nếu một hàm được
định nghĩa nội tuyến ở trong một tập tin thì nó không sẵn dùng cho các tập tin
khác. Do đó, các hàm nội tuyến thường được đặt vào trong các tập tin header
để mà chúng có thểđược chia sẻ.
Giống như từ khóa register, inline là một gợi ý cho trình biên dịch thực
hiện. Nói chung, việc sử dụng inline nên có hạn chế chỉ cho các hàm đơn giản
được sử dụng thường xuyên mà thôi. Việc sử dụng inline cho các hàm dài và
phức tạp quá thì chắc chắn bị bỏ qua bởi trình biên dịch.
4.8. Đệ qui
Một hàm gọi chính nó được gọi là đệ qui. Đệ qui là một kỹ thuật lập trình
tổng quát có thểứng dụng cho các bài toán mà có thểđịnh nghĩa theo thuật
ngữ của chính chúng. Chẳng hạn bài toán giai thừa được định nghĩa như sau:
• Giai thừa của 0 là 1.
• Giai thừa của một sốn là n lần giai thừa của n-1.
Hàng thứ hai rõ ràng cho biết giai thừa được định nghĩa theo thuật ngữ của
chính nó và vì thế có thểđược biểu diễn như một hàm đệ qui:
intFactorial (unsigned int n)
{
return n == 0 ? 1 : n * Factorial(n-1);
}
Cho n bằng 3, Bảng 4.1 cung cấp vết của các lời gọi Factorial. Các khung
stack cho các lời gọi này xuất hiện tuần tự từng cái một trên runtime stack.
Bảng 4.1 Vết thực thi của Factorial(3).
Call n n == 0 n * Factorial(n-1) Returns
Thứ nhất 3 0 3 * Factorial(2) 6
Thứ hai 2 0 2 * Factorial(1) 2
Thứ ba 1 0 1 * Factorial(0) 1
Thứ tư 0 1 1
Một hàm đệ qui phải có ít nhất một điều kiện dừng có thểđược thỏa.
Ngược lại, hàm sẽ gọi chính nó vô hạn định cho tới khi tràn stack. Ví dụ hàm
Factorial có điều kiện dừng là n == 0. (Chú ý đối với trường hợp n là số âm
thì điều kiện sẽ không bao giờ thỏa và Factorial sẽ thất bại).
Chương 4: Hàm 52
----------------------- Page 9-----------------------
4.9. Đối số mặc định
Đối số mặc định là một thuận lợi lập trình để bỏ bớt đi gánh nặng phải chỉ
định các giá trịđối số cho tất cả các tham số hàm. Ví dụ, xem xét hàm cho
việc báo cáo lỗi:
void Error (char *message, int severity = 0);
Ởđây thì severity có một đối số mặc định là 0; vì thế cả hai lời gọi sau đều hợp
lệ:
Error("Divisionby zero", 3);// severity đặt tới 3
Error("Roundoff error"); // severityđặt tới 0
Như là lời gọi hàm đầu tiên minh họa, một đối số mặc định có thểđược ghi
chồng bằng cách chỉđịnh rõ ràng một đối số.
Các đối số mặc định là thích hợp cho các trường hợp mà trong đó các
tham số nào đó của hàm (hoặc tất cả) thường xuyên lấy cùng giá trị. Ví dụ
trong hàm Error, severity 0 lỗi thì phổ biến hơn là những trường hợp khác và
vì thế là một ứng cử viên tốt cho đối số mặc định. Một cách dùng các đối số ít
phù hợp có thể là:
int Power (intbase, unsignedint exponent = 1);
Bởi vì 1 (hoặc bất kỳ giá trị nào khác) thì không chắc xảy ra thường xuyên
trong tình huống này.
Để tránh mơ hồ, tất cảđối số mặc định phải là các đối số theo đuôi. Vì
thế khai báo sau là không theo luật:
void Error (char *message = "Bomb", int severity); //Trái qui tắc
Một đối số mặc định không nhất thiết là một hằng. Các biểu thức tùy ý có
thểđược sử dụng miễn là các biến được dùng trong các biểu thức là có sẵn
cho phạm vi định nghĩa hàm (ví dụ, các biến toàn cục).
Qui ước được chấp nhận dành cho các đối số mặc định là chỉđịnh chúng
trong các khai báo hàm chứ không ở trong định nghĩa hàm.
4.10.Đối số hàng lệnh
Khi một chương trình được thực thi dưới một hệđiều hành (như là DOS hay
UNIX) nó có thể nhận không hay nhiều đối số từ dòng lệnh. Các đối số này
xuất hiện sau tên chương trình có thể thực thi và được phân cách bởi các
khoảng trắng. Bởi vì chúng xuất hiện trên cùng hàng nơi mà các lệnh của hệ
điều hành phát ra nên chúng được gọi là các đối số hàng lệnh.
Chương 4: Hàm 53
----------------------- Page 10-----------------------
Ví dụ như xem xét một chương trình được đặt tên là sum để in ra tổng của
tập hợp các sốđược cung cấp tới nó như là các đối số hàng lệnh. Hộp thoại
4.1 minh họa hai sốđược truyền như là các đối số tới hàm sum như thế nào ($
là dấu nhắc UNIX).
Hộp thoại 4.1
1 $sum 10.4 12.5
2 22.9
3 $
Các đối số hàng lệnh được tạo ra sẵn cho một chương trình C++ thông
qua hàm main. Có hai cách định nghĩa một hàm main:
int main (void);
int main (int argc,const char* argv[]);
Cách sau được sử dụng khi chương trình được dự tính để chấp nhận các đối
số hàng lệnh. Tham sốđầu, argc, biểu thị số các đối sốđược truyền tới chương
trình (bao gồm cả tên của chính chương trình). Tham số thứ hai, argv, là một
mảng của các hằng chuỗi đại diện cho các đối số. Ví dụ từ hàng lệnh đã cho
trong hộp thoại 4.1, chúng ta có:
argc is 3
argv[0] is "sum"
argv[1] is "10.4"
argv[2] is "12.5"
Danh sách 4.4 minh họa một thi công đơn giản cho chương trình tính tổng
sum. Các chuỗi được chuyển đổi sang số thực sử dụng hàm atof được định
nghĩa trong thư viện stdlib.h.
Danh sách 4.4
1 #include <iostream.h>
2 #include <stdlib.h>
3 int main (int argc,const char *argv[])
4 {
5 double sum = 0;
6 for(inti = 1; i < argc; ++i)
7 sum+= atof(argv[i]);
8 cout << sum << '
';
9 return 0;
10 }
Chương 4: Hàm 54
----------------------- Page 11-----------------------
Bài tập cuối chương 4
4.1 Viết chương trình trong bài tập 1.1 và 3.1 sử dụng hàm.
4.2 Chúng ta có định nghĩa của hàm Swap sau
void Swap(int x, int y)
{
int temp = x;
x = y;
y = temp;
}
cho biết giá trị của x và y sau khi gọi hàm:
x = 10;
y = 20;
Swap(x, y);
4.3 Chương trình sau xuất ra kết quả gì khi được thực thi?
#include <iostream.h>
char *str = "global";
void Print (char *str)
{
cout << str << '
';
{
char *str = "local";
cout << str << '
';
cout << ::str << '
';
}
cout << str << '
';
}
int main (void)
{
Print("Parameter");
return 0;
}
4.4 Viết hàm xuất ra tất cả các số nguyên tố từ 2 đến n (n là số nguyên dương):
void Primes (unsigned int n);
Một số là số nguyên tố nếu như nó chỉ chia hết cho chính nó và 1.
4.5 Định nghĩa một bảng liệt kê gọi là Month cho tất cả các tháng trong năm và sử
dụng nó đểđịnh nghĩa một hàm nhận một tháng như là một đối số và trả về
nó như là một hằng chuỗi.
4.6 Định nghĩa một hàm inline IsAlpha, hàm trả về khác 0 khi tham số của nó là
một ký tự và trả về 0 trong các trường hợp khác.
Chương 4: Hàm 55
----------------------- Page 12-----------------------
4.7 Định nghĩa một phiên bản đệ qui của hàm Power đã được trình bày trong
chương này.
4.8 Viết một hàm trả về tổng của một danh sách các giá trị thực
double Sum (intn, double val ...);
trong đó n biểu thị số lượng các giá trị trong danh sách.
Chương 4: Hàm 56
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro