Гурьяшова Р.Н., Шеянов А.В. Информатика: Сегментация программ

Подождите немного. Документ загружается.

CALL TEST

SUB TEST

PRINT "X="; X; " НЕДОСТУПЕН ";

PRINT " (НЕ ОПРЕДЕЛЕН) "

PRINT "Y="; Y; " ДОСТУПЕН ";

PRINT " (ЧЕРЕЗ COMMON) "

END SUB

Подпрограмма TEST,

доступ только к

глобальным

переменным

Результаты работы:

X= 0 НЕДОСТУПЕН (НЕ ОПРЕДЕЛЕН)

Y= 2 ДОСТУПЕН (ЧЕРЕЗ COMMON)

Fortran имеет конструкцию «общая область» (COMMON). Об-

щую область необходимо описывать в каждой программной еди-

нице (головной программе, внешней подпрограмме, внешней

функции), которая будет ее использовать. Переменные, описанные

в общей области разных программных единиц, размещаются в од-

ном и том же месте памяти (соответствие идет не по именам, а по

порядку следования в описании – ВАЖНО). Общие области могут

быть именованными, что позволяет создать группы переменных,

доступные в разных подпрограммах.

Кроме того, имеются вариации у самого понятия глобальности.

Может различаться глобальность «вообще» и глобальность

внутри программного файла (для систем, поддерживающих разде-

ление исходного кода на отдельные файлы, например, в языке С).

«Внутренние» подпрограммы Fortran'а (находящиеся в конце го-

ловной программы или внешней подпрограммы после слова

CONTAINS и до завершающего END) имеют доступ к переменным

«родительской» программной единицы.

Пример

Видимость переменных, Fortran.

Программа, Fortran Пояснения

COMMON Y, Z

X = 1

Y = 2

Z = 3

Общая область

PRINT *, 'ВНЕШНЯЯ ПРОЦЕДУРА:'

CALL TEST()

PRINT *, 'ВНУТРЕННЯЯ ПРОЦЕДУРА:'

CALL VNUTR_TEST()

CONTAINS

SUBROUTINE VNUTR_TEST

PRINT *,'X=', X, 'ДОСТУПЕН'

PRINT *,'Z=', Z, 'ДОСТУПЕН'

END SUBROUTINE

END

SUBROUTINE TEST

COMMON Y, Z

PRINT *,'X=', X, 'НЕДОСТУПЕН'

, '(НЕ ОПРЕДЕЛЕН)'

PRINT *,'Y=', Y, 'ДОСТУПЕН'&

, '(ЧЕРЕЗ COMMON)'

END SUBROUTINE

Внутренняя

процедура

- все переменные

основной прогр.

доступны

Внешняя

процедура

- доступ через

общую область

Результаты работы:

ВНЕШНЯЯ ПРОЦЕДУРА:

X= 3.214007E-39 НЕДОСТУПЕН (НЕ ОПРЕДЕЛЕН)

Y= 2. ДОСТУПЕН (ЧЕРЕЗ COMMON)

ВНУТРЕННЯЯ ПРОЦЕДУРА:

X= 1. ДОСТУПЕН

Z= 3. ДОСТУПЕН

1.7. Подробнее о вызовах

Стек. Вложенные вызовы

Для хранения адреса возврата из подпрограммы применяется

структура, называемая стеком (принцип работы – «первым пришел,

последним ушел»). При вызове подпрограммы адрес возврата по-

мещается на вершину стека, предыдущие адреса остаются «ниже».

В процессе возврата из подпрограммы всегда берется адрес с вер-

шины стека, т.е. последний запомненный. Таким образом, мы все-

гда возвращаемся в правильную точку, даже при выполнении вло-

женных вызовов (вызовов подпрограммы из подпрограммы). Стек

используется и для хранения значений фактических параметров и

размещения локальных переменных.

Пример

Иллюстрация вложенного вызова подпрограмм:

<основная программа>

...

Рекурсия

Рекурсивная подпрограмма – это подпрограмма, вызывающая

саму себя. Первый вызов порождает цепочку вложенных вызовов,

возможно бесконечную. Каждый вызов требует места на стеке –

для хранения адреса возврата, параметров и локальных перемен-

ных. Чтобы прервать эту последовательность вызовов, необходимо

условие останова. Если условие останова отсутствует или не сраба-

тывает, получаем сообщения об ошибке – вариации фразы «пере-

полнение стека».

Некоторые задачи естественно описываются в терминах рекур-

сивных функций. Рекурсивная программа для такой задачи будет

проще и понятнее обычной.

Вызов п/п Sub1

...

<подпрограмма Sub1>

...

Вызов п/п Sub2

...

Возв

ат

<подпрограмма Sub2>

...

Возврат

Стек

адрес возврата

в Sub2

адрес возврата

в Sub1

адрес возврата

в основную

программу

Принято считать рекурсивные программы более медленными за

счет дополнительных расходов на многократный вызов подпро-

граммы.

Пример

Числа Фибоначчи Fib(N) определяются следующим образом:

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

>−+−

.2если),2()1(

;2если,1

;1если,1

)(

NNFibNFib

NFib

Программа, BASIC Пояснения

N = 10

PRINT "N", "FIB(N) "

PRINT N, FIB(N)

END

FUNCTION FIB (N)

IF N = 1 OR N = 2 THEN

FIB = 1

ELSE

FIB = FIB(N - 1) + FIB(N - 2)

END IF

END FUNCTION

Функция FIB

Условие

останова

Рекурсивный

вызов

Результаты работы:

N FIB(N)

10 55

Не все языки допускают использование рекурсии; QBasic под-

держивает рекурсию, Фортран-77 – нет. В Фортране-9х для создания

рекурсивной процедуры необходимо описать ее как RECURSIVE, а в

случае функции – использовать для возврата значения имя, отличное

от имени функции (ключевое слово RESULT).

Пример

Числа Фибоначчи, Фортран.

Программа, Fortran Пояснения

N = 10

PRINT *, 'N FIB(N)'

PRINT *, N, FIB(N)

END

RECURSIVE FUNCTION FIB(N) RESULT(F)

IF (N == 1 .OR. N == 2) THEN

F = 1

ELSE

F = FIB(N-1) + FIB(N-2)

END IF

END FUNCTION

П/п, F -

возвр. знач

Условие

останова

Рекурсивный

вызов

Результаты работы:

N FIB(N)

10 55.

1.8. Рекомендации по организации подпрограмм

Ниже приводится один из возможных сценариев написания

программы с использованием подпрограмм.

1. Выделить подзадачу, которая может повторяться неодно-

кратно с различными исходными данными.

2. Записать математическую формулировку подзадачи.

3. Составить схему алгоритма решения подзадачи.

4. Определиться с именем и типом подпрограммы – функция

или процедура.

5. Определиться со списком формальных параметров (пере-

менные, используемые в алгоритме подзадачи)

6. Записать начальную строку (заголовок) подпрограммы.

7. Оформить подпрограмму на алгоритмическом языке.

8. Перейти к написанию основной программы, используя соз-

данную подпрограмму для решения выделенной подзадачи.

9. Для каждого вызова подпрограммы определить свой список

фактических параметров. Проверить соответствие фор-

мальных и фактических параметров по типу и количеству.

На практике подпрограммы создаются в результате двух про-

цессов.

Проектирование сверху вниз

Программа проектируется сверху вниз. Разработка начинается с

определения целей решения проблемы. После этого идет последо-

вательная детализация, заканчивающаяся готовой программой.

Рисуется схема алгоритма, блоки верхнего уровня разбиваются

подробнее... При таком подходе блоки естественно становятся под-

программами.

«Стихийная» («естественная») разработка

При программировании решения задачи код добавляется в го-

ловную программу (вне подпрограммы) или в подпрограмму, ре-

шающую текущую подзадачу. Работающий кусок, решающий обо-

собленную подзадачу, выделяется в подпрограмму.

Разграничение полномочий

Подпрограмма должна решать только одну задачу.

Это позволит вам повторно использовать подпрограммы, не

внося в программу ничего лишнего. Например, если вы разделите

решение дифференциального уравнения и построение графика, вы

сможете использовать их и отдельно.

Подпрограмма должна быть обозримой (один-два экрана). Воз-

можно, более длинную подпрограмму стоит разделить на несколько.

Комментарии

Возможность включать комментарии в программу предусмот-

рена не зря. Не исключено, что к концу семестра вы не сможете

вспомнить, что делает написанная ранее программа.

Комментарий должен пояснять то, что непонятно. Пустая стро-

ка перед подпрограммой выделит ее лучше, чем комментарий на

строке. Аналогично, грамотное использование отступов при записи

программы выделит начало и конец блочных конструкций. И нако-

нец, осмысленные имена переменных и процедур / функций приба-

вят коду понятности.

Примеры типичных ошибок при записи арифметических вы-

ражений на алгоритмических языках Fortran, Basic приведены в

табл. 6.3.

1.9. Пример. Вычисление расстояния от точки

до начала координат

1. Задание

На плоскости (x, y) заданы три точки: M

(a, b), M

(c, d),

(p, q). Найти расстояние от каждой точки до начала координат.

Исходные данные – координаты точек:

2,2,3,1,1,2

−

qpdcba

представлены на графике:

2. Решение

Обозначим искомые величины – расстояния от точек до начала

координат:

ba += ,R

dc +=

R qp +=

Очевидно, что вычисление выражения вида

Алгоритм решения задачи имеет линейную структуру и состоит

из следующих действий:

1. Начало.

2. Ввод значений a, b, c, d, p, q.

3. Вычисление R

, R

4. Вывод R

, R

5. Останов.

yx + необхо-

димо выполнять трижды. Поэтому оформим вычисление

yx +

в виде подпрограммы, например, с именем F.

Для сравнения представим три варианта прогр аждом из

оритмических языков Fortran, Basic:

• без использования подпрограмм;

• с использованием подпрограмм.

амм на к

алг

ком языке Fortran

граммы

3. Программы на алгоритмичес

Без использования подпро

! A,

! вещественного типа

REAL :: A,B,C,D,P

A = -2 ; B = 1 ; C = 1

-2

Вычисляем R1,R2,R3

Объявляем переменные

B,C,D,P,Q,R1,R2,R3

REAL :: Q,R1,R2,R3

! Координаты точек

D = 3 ; P = 2 ; Q =

R1 = SQRT(A**2 + B**2)

R2 = SQRT(C**2 + D**2)

R3 = SQRT(P**2 + Q**2)

! Вывод на экран

PRINT *, R1, R2, R3

END

Программы на алгоритмическом языке Fortran с использовани-

оцедура FUNCTION Процедура SUBROUTINE

м подпрограмм:

Пр

! Объявляем переменные

! A,B,C,D,P,Q,

! Объявляем переменные

R1,R2,R3

! ещественного типа

REAL :: A,B,C,D,P

! A,B,C,D,P,Q,R1,R2,R3

! вещественного типа

REAL :: A,B,C,D,P

REAL :: Q,R1,R2,R3 REAL :: Q,R1,R2,R3

! Координаты точек

A = -2 ; B = 1 ; C = 1

-2

R3 = F(P,Q)

2, R3

Процедура FUNCTION F

UNCTION

-2

CALL F(P,Q,R3)

Процедура SUBROUTINE F

)

UBROUTINE

D = 3 ; P = 2 ; Q =

Вычисляем R1,R2,R3 !

! Вызов функции F

R1 = F(A,B)

R2 = F(C,D)

! Вывод на экран

PRINT *, R1, R

END

FUNCTION F(X,Y)

F=SQRT(X**2+Y**2)

END F

! Координаты точек

A = -2 ; B = 1 ; C =

D = 3 ; P = 2 ; Q =

Вычисляем R1,R2,R3 !

! Вызов подпрограммы F

CALL F(A,B,R1)

CALL F(C,D,R2)

! Вывод на экран

PRINT *, R1, R2,

END

SUBROUTINE F(X,Y,REZ

REZ=SQRT(X**2+Y**2)

END S

Результаты выдаются на экран

в виде:

2.236068 3.162278 2.828427

4. Программы на алгоритмическом языке Basic

Без использования подпрограммы

'Задае

A = -2: B = 1: C = 1

D = 3: P = 2: Q

Вычисляем R1,R2,R3

м координаты точек

= -2

R1 = SQR(A^2 + B^2)

R2 = SQR(C^2 + D^2)

R3 = SQR(P^2 + Q^2)

' Вывод R1,R2,R3

PRINT R1, R2, R3

END

Программы на алгоритмическом языке Basic с использованием

подпрограмм:

Процедура

Функция

'Задаем координаты точек

A = -2: B = 1: C = 1

D = 3: P = 2: Q = -2

'Задаем координаты точек

A = -2: B = 1: C = 1

' Вычисля 2,R3

D = 3: P = 2: Q = -2

' Вычисля ,R3

ем R1,R

' Вызов функции F

R1 = F(A, B)

R2 = F(C, D)

3 = F(P, Q) R

' Вывод R1,R2,R3

R3 PRINT R1, R2,

END

Функция F '

FUNCTION F (X, Y)

^2) F = SQR(X^2 + Y

FUNCTION END

ем R1,R2

' Вызов подпрограммы F

CALL F(A, B, R1)

CALL F(C, D, R2)

ALL F(P, Q, R3) C

' Вывод R1,R2,R3

PRINT R1, R2, R3

END

Подпрограмма F '

SUB F (X, Y, REZ)

Y^ REZ = SQR(X^2 +

SUB END

Результаты выдаются на экран

2.82

в виде:

2.236068 3.162278 8427

. Требования нению

ты

ьтатов либо контрольных

точек

Соста мы и проце-

дуры.

Составить таблицу имен переменных, используемых в про-

лгоритмическом языке

чных конструкций (цикл, условие).

1.10 к выпол

лабораторной рабо

Выполнить ручной расчет резул

(для табулирования функции).

вить схему алгоритма основной програм

грамме.

Написать программу на указанном а

в соответствии со схемой алгоритма, согласованной с пре-

подавателем.

Для читаемости программы использовать отступы при за-

писи бло