zajecia:pp1_2020_1:05_funkcje [Marek Grochowski]

Ta strona jest tylko do odczytu. Możesz wyświetlić źródła tej strony ale nie możesz ich zmienić.
======  Funkcje ======

Funkcja to wydzielony fragment programu, który posiada unikatową nazwę, ma określone argumenty wejściowe oraz zwraca pojedynczą wartość. 
Możemy definiować własne funkcje, które mogą być następnie wielokrotnie użyte w programie, realizując kod zawarty w definicji funkcji z różnymi wartościami argumentów. 

Przykład **definicji funkcji** z jednym argumentem: 
<code C>
float kwadrat(float x)
{
   return x * x;
}
</code> 
Powyższy kod zawiera definicję funkcji o nazwie ''kwadrat'', która przyjmuje jeden argument typu ''float'' o nazwie ''x''. 
Nagłówek definicji zawiera również informację o typie wartości zwracanej - w tym wypadku jest to również ''float''.
Funkcja podnosi do kwadratu wartość daną w argumencie ''x''. Instrukcja ''return'' przerywa działanie funkcji i zwraca wartość iloczynu '' x*x''

Użycie tak zdefiniowanej funkcji wygląda w następujący sposób:

<code C>
x = kwadrat(42);
printf("%f\n", kwadrat(x));
y = kwadrat(kwadrat(2));
</code>

Ważne: definicja funkcji musi pojawić się przed jej pierwszym użyciem, więc najlepszym miejscem na zdefiniowanie funkcji jest początek pliku (powyżej funkcji ''main()''). 

Funkcje mogą posiadać większą liczbę argumentów. Dla każdego argumentu należy określić typ i nazwę zmiennej:
<code C>
void suma(int x, int y, int z)
{
  printf("%d\n", x + y + z);
}
</code>
Zwróć uwagę, że funkcja nie zawsze zwraca wartość (zobacz powyższy przykład, gdzie brakuje instrukcji ''return''), wówczas w nagłówku definicji funkcji typ zwracany to ''void''.

===== Przykład: definicja funkcji i jej użycie =====

Poniżej znajduje się pełny przykład demonstrujący definicję funkcji o nazwie ''silnia'', która służy do wyznaczania wartości silni z liczby całkowitej:

<code C>
#include <stdio.h>

/* definicja funkcji */

int silnia(int n)
{
   int i=2;
   int s=1;

   while( i < n+1 )
   {
      s = s * i;
      i = i + 1;
   }
   return s;
}

int main()
{
   int liczba, s;
   float y;
   
   printf("Podaj liczbe: ");
   scanf("%d", &liczba);
   s = silnia(liczba);
   printf("Silnia z %d wynosi %d\n",liczba,s);

   return 0; 
}
</code>

Źródło: {{zajecia:pp1_2020_1:silnia1.c}}

===== Zmienne globalne i lokalne =====

Zmienne deklarowane wewnątrz funkcji są zmiennymi **lokalnymi**, tzn. ich zakres //życia// jest ograniczone zasięgiem funkcji. 
Istnieje możliwość deklarowania zmiennych poza zasięgiem funkcji, wówczas są to zmienne **globalne**. Zmienne globalne są dostępne przez każdą funkcję, ich zakres //życia// rozciąga się na cały plik programu. \\

Przykład użycia zmiennych globalnych i lokalnych:

<code C>
#include<stdio.h>
  
/* zmienna globalna */

int globalna;
  
void f(void)
{
   /* zmienna lokalna */
  
   int lokalna = 6;

   globalna++;  
   printf("wewnatrz funkcji: globalna = %d\tlokalna = %d\n",globalna,lokalna);
}

int main()
{
   /* zmienna lokalna */

   int lokalna;
   
   printf("globalna = %d\tlokalna = %d\n",globalna,lokalna);
   f();
   printf("globalna = %d\tlokalna = %d\n",globalna,lokalna); 

   return 0;
}
</code>

Źródło: {{zajecia:pp1_2020_1:globalna.c}}

Dobrą praktyką jest tworzenie funkcji w taki sposób, aby nie korzystały ze zmiennych globalnych. Taka funkcja realizuje wyizolowany fragment kodu (algorytym), którego działanie zależy wyłącznie od wartości argumentów funkcji a jej działanie nie wpływa na stan programu (nie zmienia wartości żadnych zmiennych spoza zakresu funkcji).  Pozwala to utrzymać spójną strukturę kodu i ułatwia rozwój kodu, jego analizę i przyśpiesza wyszukiwanie błędów.  \\
Kiedy działanie funkcji uzależnione jest od zmiennych globalnych, które mogą być modyfikowane w dowolnym miejscu programu, powoduje to znaczne utrudnienie interpretacji działania programu, gmatwa kod i utrudnia wyszukiwanie błędów.  

<WRAP center round important 60%>
<fs large>Na zajęciach obowiązuje **zakaz używania zmiennych globalnych** !</fs>
</WRAP>


===== Rekurencja  =====

Funkcje, które wołają same siebie nazywamy funkcjami rekurencyjnymi. 

Przykład funkcji rekurencyjnej:

<code C>
int rsilnia(int n)
{
   if(n <= 1) return 1;
   return n*rsilnia(n-1);
}
</code>

Źródło: {{zajecia:pp1_2020_1:silnia2.c}}

Każdy algorytm wykorzystujący funkcję rekurencyjną, można wyrazić w postaci iteracyjnej.  

<code C>
int silnia(int n)
{
   int i, s=1;
   for(i=1; i < n+1 ; i++) s*= i;
   return s;
}
</code>


==== Zadanie: Największy wspólny dzielnik ====

Zaimplementuj funkcję o nazwie ''nwd'', która wyznaczy największy wspólny dzielnik za pomocą algorytmu Euklidesa. \\
Funkcja realizuje następującą specyfikację:\\
**Argumenty funkcji**: dwie liczby całkowite ''a'' i ''b''\\
**Wartość zwracana z funkcji**: wartość całkowita będąca największym wspólnym dzielnikiem liczb ''a'' i ''b''

**Algorytm Euklidesa **: dla danych liczb całkowitych dodatnich ''a'' i ''b'' wykonuj:
  - jeżeli ''a'' jest równe ''b'' to wartość ''a'' jest największym wspólnym dzielnikiem i zakończ algorytm
  - jeżeli ''a > b'' to zastąp ''a'' wartością ''a-b'' i wróć do punktu 1
  - jeżeli ''a < b'' to zastąp ''b'' wartością ''b-a'' i wróć do punktu 1

Napisz program, który korzystając z funkcji ''nwd'' wyznaczy największy wspólny dzielnik dwóch dowolnych liczb całkowitych podanych przez użytkownika. 

**Przykład działania programu**
  Podaj dwie liczby calkowite:
  20
  15
  nwd=5

  Podaj dwie liczby calkowite:
  144
  233
  nwd=1


  Podaj dwie liczby calkowite:
  4673826832
  47382974392
  nwd=8


==== Zadanie: Potęga ====


Zaimplementuj funkcję o nazwie ''**potega**'', która dla danych dwóch liczb ''x'' i ''y'' wyznacza wartość potęgi ''x<sup>y</sup>''. 
Nie używaj w tym celu funkcji z biblioteki matematycznej. Zakładamy, że wykładnik potęgowania ''y'' jest liczba całkowitą.
Funkcja realizuje następującą specyfikację:\\
**Argumenty funkcji**: liczba rzeczywista ''x'' oraz liczba całkowita ''y'' \\
**Wartość zwracana z funkcji**: wartość rzeczywista ''x'' podniesiona do potęgi ''y''  \\

Napisz program, który wczyta dwie liczby ''x'' i ''y'' a następnie korzystając z funkcji ''potega'' wyznaczy wynik ''x<sup>y</sup>'' oraz wypisze wynik na ekranie.
Spróbuj przystosować program tak aby działał poprawnie również dla wartości ''y<0''.

**Przykład działania programu**
  Podaj dwie liczby:
  2
  2
  2.000000 do potegi 2 wynosi 4.000000 

  Podaj dwie liczby:
  2
  10
  2.000000 do potegi 10 wynosi 1024

  Podaj dwie liczby:
  2
  -5
  2.000000 do potegi -5 wynosi 0.031250

  Podaj dwie liczby:
  4.2
  10
  4.2 do potegi 10 wynosi 1708019.8



==== Zadanie: Liczby pierwsze ====

Zaimplementuj funkcję o nazwie ''**czy_jest_pierwsza**'', która dla podanej liczby całkowitej ''n'' zwraca wartość 1 jeżeli ''n'' jest liczbą pierwszą. 
W przeciwnym wypadku funkcja zwraca wartość 0. \\
Napisz program, który wczyta dodatnią liczbę całkowitą ''x'' i, wykorzystując funkcję ''czy_jest_pierwsza'', wyznaczy i wypisze wszystkie liczby pierwsze w zakresie od 1 do ''x''. 

**Przykład**
  n = 10
  Liczby pierwsze z zakresu od 1 do 10
  1 2 3 5 7

  n = 100
  Liczby pierwsze z zakresu od 1 do 100
  1 2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97
  

=====  Dodatkowe ćwiczenia =====

  - Napisz funkcję ''**Fibonacci**'' (w postaci iteracyjnej lub rekurencyjnej), która wyświetla ''**n**'' pierwszych elementów [[http://pl.wikipedia.org/wiki/Ci%C4%85g_Fibonacciego|ciągu Fibonacciego]].\\ Elementy ciągu wynoszą: F<sub>0</sub>=0, F<sub>1</sub>=1 i F<sub>n</sub>=F<sub>n-1</sub>+F<sub>n-2</sub> dla ''n > 1''
  - Napisz rekurencyjną funkcję ''potega'' do wyznaczania wartości ''x'' do potęgi ''y''
  - Napisz rekurencyjną funkcję ''nwd'' do wyznaczania największego wspólnego dzielnika dwóch liczb całkowitych 
  - Napisz funkcję ''**Newton**'', która dla podanych dwóch liczb całkowitych oblicza wartość [[http://pl.wikipedia.org/wiki/Symbol_Newtona|symbolu Newtona]]
  - Napisz funkcję wyznaczającą sumę ''n'' pierwszych elementów ciągu arytmetycznego 
  - Napisz funkcję wyznaczającą sumę ''n'' pierwszych elementów ciągu geometrycznego