Chương trình con - thực hành về xây dựng chương trình con

Đặt vấn đề

Trong những chương trình lớn, có thể có những đoạn chương trình viết lặp đi lặp lại nhiều lần, để tránh rườm rà và mất thời gian khi viết chương trình; người ta thường phân chia chương trình thành nhiều module, mỗi module giải quyết một công việc nào đó. Các module như vậy gọi là các chương trình con.

Một tiện lợi khác của việc sử dụng chương trình con là ta có thể dễ dàng kiểm tra xác định tính đúng đắn của nó trước khi ráp nối vào chương trình chính và do đó việc xác định sai sót để tiến hành hiệu đính trong chương trình chính sẽ thuận lợi hơn.Trong C, chương trình con được gọi là hàm. Hàm trong C có thể trả về kết quả thông qua tên hàm hay có thể không trả về kết quả.

Hàm có hai loại: hàm chuẩn và hàm tự định nghĩa. Trong chương này, ta chú trọng đến cách định nghĩa hàm và cách sử dụng các hàm đó.

Một hàm khi được định nghĩa thì có thể sử dụng bất cứ đâu trong chương trình. Trong C, một chương trình bắt đầu thực thi bằng hàm main.

• Một chương trình con (còn được gọi là hàm, thủ tục, hay thủ tục con) là một chuỗi mã để thực thi một thao tác đặc thù nào đó như là một phần của chương trình lớn hơn. Đây là các câu lệnh được nhóm vào một khối và được đặt tên và tên này tùy theo ngôn ngữ có thể được gán cho một kiểu dữ liệu. Những khối mã này có thể được tập trung lại làm thành các thư viện phần mềm. Các chương trình con có thể được gọi ra để thi hành (thường là qua tên của chương trình con đó). Điều này cho phép các chương trình dùng tới những chương trình con nhiều lần mà không cần phải lặp lại các khối mã giống nhau một khi đã hoàn tất việc viết mã cho các chương trình con đó chỉ một lần.

Trong một số ngôn ngữ, người ta lại phân biệt thành 2 kiểu chương trình con:

1. Hàm (function) dùng để chỉ các chương trình con nào có giá trị trả về (trong một kiểu dữ liệu nào đó) thông qua tên của hàm.
2. Thủ tục (subroutine) dùng để mô tả các chương trình con được thi hành và không có giá trị trả về.

Tuy nhiên, trong nhiều ngôn ngữ khác như C chẳng hạn thì không có sự phân biệt này và chỉ có một khái niệm hàm. Để mô tả các hàm không trả về giá trị (tương đương với khái niệm thủ tục) thì người ta có thể gán cho kiểu dữ liệu của hàm đó là void.

Lưu ý: trong các ngôn ngữ hướng đối tượng, mỗi một đối tượng hay một thực thể (instance), tùy theo quan điểm, có thể được xem là một chương trình con hay một biến vì bản thân nội tại của thực thể đó có chứa các phương thức và cả các dữ liệu có thể trả lời cho các lệnh gọi từ bên ngoài.

• Macro được hiểu là tên viết tắt của một tập các câu lệnh. Như vậy, trong những chương trình có các khối câu lệnh giống nhau thì người ta có thể định nghĩa một macro cho khối đại diện và có thể dùng tên của macro này trong lúc viết mã thay vì phải viết cả khối câu lệnh mỗi lần khối này xuất hiện lặp lại. Một cách trừu tượng, thì macro là sự thay thế một dạng thức văn bản xác định bằng việc định nghĩa của một (hay một bộ) qui tắc. Trong quá trình dịch, các phần mềm dịch sẽ tự động thay các macro này trở lại bằng các mã mà nó viết tắt cho, rồi mới tiếp tục dịch. Như vậy, các mã này được điền trả lại trong thời gian dịch. Một số ngôn ngữ có thể cho các macro được phép khai báo và sử dụng tham số. Như vậy về vai trò macro giống hệt như các chương trình con.

Các điểm khác nhau quan trọng giữa một chương trình con và một macro bao gồm:

1. Mã của chương trình con vẫn được dịch và để riêng ra. Cho tới khi một chương trình con được gọi ở thời điểm thi hành, thì các mã đã dịch sẵn của chương trình con này mới được lắp vào dòng chạy của chương trình.Trong khi đó, sau khi dịch, các macro sẽ không còn tồn tại. Trong chương trình đã được dịch, tại các vị trí có tên của macro thì các tên này được thay thế bằng khối mã (đã dịch) mà nó đại diện.
2. Cách viết mã dùng chương trình con sau khi dịch xong sẽ tạo thành các tập tin ngắn hơn so với cách viết dùng macro.
3. Ngược lại khi máy tính tải lên thì một phần mềm có cách dùng macro ít tốn tính toán của CPU hơn là phần mềm đó phát triển bằng phương pháp gọi các chương trình con.

Ví dụ về một chương trình có sử dụng chương trình con

Ví dụ 2: Ta có chương trình chính (hàm main) dùng để nhập vào 2 số nguyên a,b và in ra màn hình số lớn trong 2 số

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

int max(int a, int b)

{

return (a>b) ? a:b;

}

int main()

{

int a, b, c;

printf(" Nhap vao 3 so a, b,c ");

scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);

printf(" So lon la %d",max(a, max(b,c)));

getch();

return 0;

}

Phạm vi hoạt động của biến

Như đã biết chương trình là một tập hợp các hàm, các câu lệnh cũng như các khai báo. Phạm vi tác dụng của một biến là nơi mà biến có tác dụng, tức hàm nào, câu lệnh nào được phép sử dụng biến đó. Một biến xuất hiện trong chương trình có thể được sử dụng bởi hàm này nhưng không được bởi hàm khác hoặc bởi cả hai, điều này phụ thuộc chặt chẽ vào vị trí nơi biến được khai báo. Một nguyên tắc đầu tiên là biến sẽ có tác dụng kể từ vị trí nó được khai báo cho đến hết khối lệnh chứa nó. Chi tiết cụ thể hơn sẽ được trình bày trong chương 4 khi nói về hàm trong C++.

Cấu trúc một chương trình con

Cấu trúc của một hàm tự thiết kế:

<kiểu kết quả> Tên hàm ([<kiểu t số> <tham số>][,<kiểu t số><tham số>][…])

{

[Khai báo biến cục bộ và các câu lệnh thực hiện hàm]

[return [<Biểu thức>];]

}

Giải thích:

- Kiểu kết quả: là kiểu dữ liệu của kết quả trả về, có thể là: int, byte, char, float, void… Một hàm có thể có hoặc không có kết quả trả về. Trong trường hợp hàm không có kết quả trả về ta nên sử dụng kiểu kết quả là void.

Kiểu t số: là kiểu dữ liệu của tham số.

Tham số: là tham số truyền dữ liệu vào cho hàm, một hàm có thể có hoặc không có tham số. Tham số này gọi là tham số hình thức, khi gọi hàm chúng ta phải truyền cho nó các tham số thực tế. Nếu có nhiều tham số, mỗi tham số phân cách nhau dấu phẩy (,).

Bên trong thân hàm (phần giới hạn bởi cặp dấu {}) là các khai báo cùng các câu lệnh xử lý. Các khai báo bên trong hàm được gọi là các khai báo cục bộ trong hàm và các khai báo này chỉ tồn tại bên trong hàm mà thôi.

Khi định nghĩa hàm, ta thường sử dụng câu lệnh return để trả về kết quả thông qua tên hàm.

Lệnh return dùng để thoát khỏi một hàm và có thể trả về một giá trị nào đó.

Cú pháp:

return ; /*không trả về giá trị*/

return <biểu thức>;/*Trả về giá trị của biểu thức*/

return (<biểu thức>); /*Trả về giá trị của biểu thức*/

Nếu hàm có kết quả trả về, ta bắt buộc phải sử dụng câu lệnh return để trả về kết quả cho hàm.

Ví dụ 1: Viết hàm tìm số lớn giữa 2 số nguyên a và b

int max(int a, int b)

{

return (a>b) ? a:b;

}

Ví dụ 2: Viết hàm tìm ước chung lớn nhất giữa 2 số nguyên a, b. Cách tìm: đầu tiên ta giả sử UCLN của hai số là số nhỏ nhất trong hai số đó. Nếu điều đó không đúng thì ta giảm đi một đơn vị và cứ giảm như vậy cho tới khi nào tìm thấy UCLN

int ucln(int a, int b)

{

int u;

if (a<b)

u=a;

else

u=b;

while ((a%u !=0) || (b%u!=0))

u--;

return u;

}

Truyền tham số cho chương trình con

Mặc nhiên, việc truyền tham số cho hàm trong C là truyền theo giá trị; nghĩa là các giá trị thực (tham số thực) không bị thay đổi giá trị khi truyền cho các tham số hình thức

Ví dụ 1: Giả sử ta muốn in ra nhiều dòng, mỗi dòng 50 ký tự nào đó. Để đơn giản ta viết một hàm, nhiệm vụ của hàm này là in ra trên một dòng 50 ký tự nào đó. Hàm này có tên là InKT.

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

void InKT(char ch)

{

int i;

for(i=1;i<=50;i++) printf(“%c”,ch);

printf(“ ”);

}

int main()

{

char c = ‘A’;

InKT(‘*’); /* In ra 50 dau * */

InKT(‘+’);

InKT(c);

return 0;

}

Lưu ý:

Trong hàm InKT ở trên, biến ch gọi là tham số hình thức được truyền bằng giá trị (gọi là tham trị của hàm). Các tham trị của hàm coi như là một biến cục bộ trong hàm và chúng được sử dụng như là dữ liệu đầu vào của hàm.

Khi chương trình con được gọi để thi hành, tham trị được cấp ô nhớ và nhận giá trị là bản sao giá trị của tham số thực. Do đó, mặc dù tham trị cũng là biến, nhưng việc thay đổi giá trị của chúng không có ý nghĩa gì đối với bên ngoài hàm, không ảnh hưởng đến chương trình chính, nghĩa là không làm ảnh hưởng đến tham số thực tương ứng.

Ví dụ 2: Ta xét chương trình sau đây:

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

int hoanvi(int a, int b)

{

int t;

t=a;/*Đoạn này hoán vị giá trị của 2 biến a, b*/

a=b;

b=t;

printf("Ben trong ham a=%d , b=%d",a,b);

return 0;

}

int main()

{

int a, b;

clrscr();

printf(" Nhap vao 2 so nguyen a, b:");

scanf("%d%d",&a,&b);

printf(" Truoc khi goi ham hoan vi a=%d ,b=%d",a,b);

hoanvi(a,b);

printf(" Sau khi goi ham hoan vi a=%d ,b=%d",a,b);

getch();

return 0;

}

Kết quả thực hiện chương trình:

***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.***

Giải thích:

Nhập vào 2 số 6 và 5 (a=6, b=5)

Trước khi gọi hàm hoán vị thì a=6, b=5

Bên trong hàm hoán vị a=5, b=6

Khi ra khỏi hàm hoán vị thì a=6, b=5

* Lưu ý

Trong đoạn chương trình trên, nếu ta muốn sau khi kết thúc chương trình con giá trị của a, b thay đổi thì ta phải đặt tham số hình thức là các con trỏ, còn tham số thực tế là địa chỉ của các biến.

Lúc này mọi sự thay đổi trên vùng nhớ được quản lý bởi con trỏ là các tham số hình thức của hàm thì sẽ ảnh hưởng đến vùng nhớ đang được quản lý bởi tham số thực tế tương ứng (cần để ý rằng vùng nhớ này chính là các biến ta cần thay đổi giá trị).

Người ta thường áp dụng cách này đối với các dữ liệu đầu ra của hàm.

Ví dụ: Xét chương trình sau đây:

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

long hoanvi(long *a, long *b)

/* Khai báo tham số hình thức *a, *b là các con trỏ kiểu long */

{

long t;

t=*a;/*gán nội dung của x cho t*/

*a=*b;/*Gán nội dung của b cho a*/

*b=t;/*Gán nội dung của t cho b*/

printf(" Ben trong ham a=%ld , b=%ld",*a,*b);

/*In ra nội dung của a, b*/

return 0;

}

int main()

{

long a, b;

clrscr();

printf(" Nhap vao 2 so nguyen a, b:");

scanf("%ld%ld",&a,&b);

printf(" Truoc khi goi ham hoan vi a=%ld ,b=%ld",a,b);

hoanvi(&a,&b); /* Phải là địa chỉ của a và b */

printf(" Sau khi goi ham hoan vi a=%ld ,b=%ld",a,b);

getch();

return 0;

}

Kết quả thực hiện chương trình:

***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.***

Giải thích:

- Nhập vào 2 số 5, 6 (a=5, b=6)

- Trước khi gọi hàm hoanvi thì a=5, b=6

- Trong hàm hoanvi (khi đã hoán vị) thì a=6, b=5

- Khi ra khỏi hàm hoán vị thì a=6, b=6

Lưu ý: Kiểu con trỏ và các phép toán trên biến kiểu con trỏ sẽ nói trong phần sau.

Nguyên tắc hoạt động của chương trình con

Trong chương trình, khi gặp một lời gọi hàm thì hàm bắt đầu thực hiện bằng cách chuyển các lệnh thi hành đến hàm được gọi. Quá trình diễn ra như sau:

Nếu hàm có tham số, trước tiên các tham số sẽ được gán giá trị thực tương ứng.

Chương trình sẽ thực hiện tiếp các câu lệnh trong thân hàm bắt đầu từ lệnh đầu tiên đến câu lệnh cuối cùng.

Khi gặp lệnh return hoặc dấu } cuối cùng trong thân hàm, chương trình sẽ thoát khỏi hàm để trở về chương trình gọi nó và thực hiện tiếp tục những câu lệnh của chương trình này.

Nguyên tắc sử dụng chương trình con

Một hàm khi định nghĩa thì chúng vẫn chưa được thực thi trừ khi ta có một lời gọi đến hàm đó.

Cú pháp gọi hàm: <Tên hàm>([Danh sách các tham số])

Ví dụ: Viết chương trình cho phép tìm ước số chung lớn nhất của hai số tự nhiên.

#include<stdio.h>

unsigned int ucln(unsigned int a, unsigned int b)

{

unsigned int u;

if (a<b)

u=a;

else

u=b;

while ((a%u !=0) || (b%u!=0))

u--;

return u;

}

int main()

{

unsigned int a, b, UC;

printf(“Nhap a,b: ”);scanf(“%d%d”,&a,&b);

UC = ucln(a,b);

printf(“Uoc chung lon nhat la: ”, UC);

return 0;

}

Lưu ý: Việc gọi hàm là một phép toán, không phải là một phát biểu.