BIT – Schaßan – WS 02/03 Basisinformationstechnologie HK-Medien Teil 1, 11.Sitzung WS 02/03.

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1 BIT – Schaßan – WS 02/03 Basisinformationstechnologie HK-Medien Teil 1, 11.Sitzung WS 02/03

2 BIT – Schaßan – WS 02/03 Unterprogramme Große Programmierprobleme sollten in kleinere Teilprobleme, und diese möglich- erweise wiederum in kleinere Teilprobleme, zerlegt werden. Das Programm löst das Problem, die Unterprogramme lösen die Teilprobleme. Unterprogramme müssen im Hauptpro- gramm deklariert und von dort aus aufge- rufen werden.

3 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Unterprogramm PROCEDURE Sterne( k : Integer) ; VAR i := Integer ; BEGIN FOR i := 1 TO k DO write( 'x' ) END ;

4 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Unterprogramm (2) PRORAM Dreieck; VAR Zeile : integer; PROCEDURE Sterne( k : Integer) ; VAR i : Integer ; BEGIN FOR i := 1 TO k DO write( 'x' ) END ; BEGIN hier beginnt das Hauptprogramm FOR Zeile := 1 TO 5 DO BEGIN Sterne(Zeile) ; Writeln END END.

5 BIT – Schaßan – WS 02/03 Prozedurale Abstraktion Die Vorgehensweise, Teilprobleme durch Prozeduren zu lösen, nennt man prozedurale Abstraktion. Ein Prozeduraufruf ist eine Anweisung und darf überall dort stehen, wo syntaktisch eine Anweisung erlaubt ist.

6 BIT – Schaßan – WS 02/03 Funktionale Abstraktion Wenn ein Unterprogramm nicht nur eine Anweisung ausführen, sondern einen Wert zurückgeben soll, muss der Aufruf anders formuliert und weitere Parameter angegeben werden. Der Aufruf muss ein wohlgeformter Ausdruck sein und darf überall dort stehen, wo syntaktisch ein Ausdruck erlaubt ist.

7 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Funktionale Abstraktion FUNCTION Schalt ( x : Integer ) : Boolean ; BEGIN IF x MOD 4 = 0 THEN IF x MOD 100 = 0 THEN IF x MOD 400 = 0 THEN Schalt := True ELSE Schalt := False ELSE Schalt := True ELSE Schalt := False; END ;

8 BIT – Schaßan – WS 02/03 Bestimmung des Rückgabewertes In Pascal dient der Name der Funktion gleichzeitig als Variable zur Aufnahme des Rückgabewertes. Maßgeblich ist der Wert, der sich in der Variable befindet, wenn das Unterprogramm terminiert. Der Programmierer muss Sorge tragen, dass der gewünschte Wert gespeichert wird.

9 BIT – Schaßan – WS 02/03 Abstraktionen bei C und Java In C und Java müssen Rückgaben explizit vorgenommen werden. Dies geschieht mit Hilfe der Anweisung return. Das Unterprogramm wird sofort verlassen. In diesen Sprachen gibt es keine klare Trennung zwischen Anweisungen und Ausdrücken, bzw. zwischen Funktionen und Prozeduren.

10 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beipiel Abstraktion in C und Java int ggT (int x, int y) { while ( x != y ) { if ( x > y ) x = x – y ; else y = y – x ; } return x ; }

11 BIT – Schaßan – WS 02/03 Top-Down-Entwurf In der Praxis der Programmierung kann man die prozedurale Abstraktion einsetzen, um ein Problem von Anfang an in immer kleiner werdende Teilprobleme zu zerlegen. Jedes Teilproblem wird sofort als Prozedur (ohne Anweisungen) deklariert und ist damit "compilierbar".

12 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Top-Down-Entwurf PROGRAM Spiel ; VAR Spieler : Integer ; Fertig : Boolean PROCEDURE ZeigeSpiel ; BEGIN END ; PROCEDURE MacheZug; BEGIN END ; FUNCTION SpielEnde : Boolean ; BEGIN SpielEnde := True ; END ; …

13 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Top-Down-Entwurf (2) BEGIN Fertig := False ; Spieler := 1 ; REPEAT ZeigeSpiel ; MacheZug ; IF SpielEnde THEN Fertig := True ELSE SpielerWechsel UNTIL Fertig ; GratuliereDemSieger END.

14 BIT – Schaßan – WS 02/03 Schachtelung von Unterprogrammen Jedes Unterprogramm kann seinen eigenen lokalen Deklarationsteil haben, wo Variablen oder weitere Unterprogramme deklariert werden. Dort erklärte, lokale Variablen sind nach außen nicht sichtbar, alle Variablen des umfassenden (aus Sicht des Unterprogramms globalen) Programms sind sicht- und veränderbar. In Pascal sind beliebige Schachtelungstiefen von Unterprogrammen möglich.

15 BIT – Schaßan – WS 02/03 Schachtelung von Unterprogrammen (2)

16 BIT – Schaßan – WS 02/03 Rekursive Funktionen Funktionen können rekursiv sein, d.h. innerhalb der Funktion wird die gleiche Funktion wieder aufgerufen, sie ruft sich gleichsam selbst auf. Die Funktion muss terminieren, d.h. die rekursiv aufgerufene Funktion muss irgendwann einen Wert erhalten, welcher in die anderen Funktionen eingesetzt werden kann.

17 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Rekursive Funktion Beispiel: Fakultätsfunktionfact(n) = n! fact(0) = 1 fact(n) = n * fact(n-1), für alle n > 0 FUNCTION fact(n : Integer) : Integer ; BEGIN IF n = 0 THEN fact := 1 ELSE fact := n*fact(n-1) END ;

18 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel Rekursive Funktion (2) IF n = 0 THEN fact := 1 ELSE fact := n*fact(n-1)

19 BIT – Schaßan – WS 02/03 Beispiel 2 Rekursive Funktion FUNCTION ggT(x,y : Integer) : Integer ; BEGIN IF x = y THEN ggT := x ELSE IF x > y THEN ggT := ggT(x-y,y) ELSE ggT := ggT(x,y-x) END ;

20 BIT – Schaßan – WS 02/03 Rekursive Prozeduren Wie eine Funktion kann auch eine Prozedur rekursiv aufgerufen werden. Beispiel: writeBin wandelt eine natürliche Zahl in eine Binärzahl um PROCEDURE writeBin (n : Integer) BEGIN IF n < 2 THEN write(n) ELSE BEGIN writeBin(n div 2) ; write(n mod 2) END END ;

21 BIT – Schaßan – WS 02/03 Backtracking Es ist möglich, mit der Rekursion eine "Abfrage" zu verknüpfen: Möglichkeiten werden der Reihe nach getestet; wenn eine nicht erfolgreich war, wird der Versuch zurückgezogen und die nächste Möglichkeit getestet. Diese Möglichkeit heißt Backtracking.

22 BIT – Schaßan – WS 02/03 Wechselseitige Rekursion Wenn in der Definition f ein Aufruf der Funktion g vorkommt und umgekehrt, liegt eine wechselseitige Rekursion vor. FUNCTION Even( n : Integer ) : Boolean ; BEGIN IF n = 0 THEN Even := True ELSE Even := Odd(n-1) END ; FUNCTION Odd( n : Integer ) : Boolean ; BEGIN IF n = 0 THEN Odd := False ELSE Odd := Even(n-1) END ;

23 BIT – Schaßan – WS 02/03 Zuweisungsorientierte Programmierung Die Anweisungen (statements) eines Programms sind folgendermaßen definiert: ::=nop |abort | | | | | |