НОУ ИНТУИТ | Алгоритмизация. Введение в язык программирования С++. Лекция 7: Работа с файловыми потоками. Пользовательские функции

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 26.03.2015 | Уровень: для всех | Доступ: платный | ВУЗ: Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева

|

Вам нравится? Нравится 168 студентам

| Поделиться |

Поддержать программу

Занятие 2. Пользовательские функции

Ранее в программах мы использовали функции из разных библиотек, например, $\sin(x)$ из библиотеки <math.h> или setw(10) из библиотеки <iomanip>. Что общего во всех функциях? Все функции представляют собой некий шаблон, по которому вычисляется значение какой-то функции или выполняется набор каких-то действий. В языке С++ есть возможность создавать свои функции, не относящиеся к библиотекам. Такие функции называются пользовательскими функциями.

Для того, чтобы создать и использовать свою пользовательскую функцию в программе, необходимо:

объявить пользовательскую функцию:
```
тип_данных имя_функции (список параметров);
```
здесь тип_данных – это возвращаемый тип данных функции, который определяется ответом функции (выходные данные), имя функции – любое имя (по аналогии с именем переменной), список параметров – это то, с чем наша функция будет работать (входные данные);
описать пользовательскую функцию;
вызвать пользовательскую функцию.

Объявление пользовательской фукнции должно быть обязательно до функции main(), описание может быть вместе с объявлением, а может быть после функции main(). Вызов пользовательской функции может быть внутри функции main() или внутри другой пользовательской функции.

Первый вариант описания пользовательской функции – до функции main() представлен на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Описание пользовательской функции до функции main()

Второй вариант описания пользовательской функции – после функции main() представлен на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Описание пользовательской функции после функции main()

Конечно, приведенные выше варианты не заработают, т.к. они показывают общую структуру записи программ. В наших примерах всегда будем использовать первый вариант.

Вообще говоря, любую функцию следует воспринимать как некий воображаемый аппарат для выполнения какой-либо работы. При этом аппарату нужно работать над каким-то материалом, т.е. входными данными, известными заранее. Этими данными являются параметры функции. Когда аппарат получил материал, то начинает свою работу. Какую именно работу он будет выполнять с входным материалом, зависит от шаблона, т.е. от описания функции. После того, как вся работа будет выполнена, аппарат выдаст нам результат своей работы, некий ответ. Это то, ради чего мы и создавали этот аппарат. Схемотично данный процесс представлен на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Принцип работы пользовательской функции

Например, для известной нам функции $\sin(x)$ из библиотеки <math.h>, входными данными является один параметр – вещественное число , сам аппарат представляет собой процесс вычисления синуса от , результатом является полученное значение синуса. Результат является вещественным числом, которое задается ключевым словом double. Поэтому можно было бы представить объявление и описание функции $\sin(x)$ следующим образом:

double sin(double x){
double res;
res=...; // вычисление синуса по сложной математической формуле
return res;  // ответ, результат
}

Здесь внутри функции объявлена локальная переменная double res, в которую будет насчитываться ответ (res – result – результат). Данная переменная будет видна только внутри пользовательской функции. Переменная res – это, своего рода, временная переменная для расчета синуса. Строка return res; выдает в ответ вычисленное значение синуса.

Вызов функции $\sin(x)$ внутри функции main() выглядит следующим образом:

z=sin(1.5);

Примечание. Хотелось бы обратить внимание на разницу между списком параметров при объявлении функции и список аргументов при вызове функции. Объявление, описание и список формальных параметров составляют весь шаблон. Здесь параметры представляют собой некие абстрактные параметры, которые пока нельзя "пощупать". А вот когда идет вызов функции, абстрактные параметры приобретают вполне реальные формы и становятся аргументами функции, конкретными числами. В программе это отражается следущим образом. Объявление и описание функции делается один раз:

double function(double a, double b){...}

Вызовов функции может быть сколько угодно:

int main(){
double x, y, z1, z2, z3;
x=10;
y=-0.3;
z1=function(x,y); // первый вариант вызова
z2=function(1.8, y); // второй вариант вызова
z3=function(1.8, 0); // третий вариант вызова
return 0;
}

Рассмотрим несколько примеров по созданию пользовательских функций.

Пример 1. Требуется создать пользовательскую функцию для вычисления квадрата вещественного числа.

Решение. Составим схему работы нашей пользовательской функции в общем виде на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Схема в общем виде для примера 1

Т.к. параметр х должен быть вещественным, то ему соответствует тип double. Пользовательская функция должна считать квадрат числа, поэтому назовем ее kv. В ответ будет выдаваться вещественное число, поэтому возвращаемый тип у функции будет double.

Объявление и описание функции kv:

double kv(double x){
double res;
res=x*x;
return res;
}

Код программы и результат выполнения программы:

Пример 2. Вычислить таблицу " x, Z " значений функции $Z=\begin{cases}x+3,&x<1\\4x,&x\ge 1\end{cases}$ при $-1\le х\le 2$ с шагом 1.

Решение. Сделаем пользовательскую функцию для вычисления значения функции Z(x) . Возвращаемый тип – double, т.к. ответом является вещественное число. Параметр один, double x. В описании пользовательской функции будет вычисление функции по разветвляющемуся алгоритму. В функции main() реализуем циклический алгоритм для вывода таблицы значений функции.

Код программы:

// test.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
double fz(double x){
	double res;
	if(x<1){
		res=x+3.0;
	}
	else {
		res=4.0*x;
	}
	return res;
}
int main(){
	double x, z;
	cout<<setw(10)<<"x"<<setw(10)<<"z"<<endl;
	for(x=-1; x<=2; x=x+1){
		z=fz(x);
		cout<<setw(10)<<x<<setw(10)<<z<<endl;
	}
return 0;
}

Результат выполнения программы:

Пример 3. Вычислить таблицу " x, y, Z " значений функции $Z(x,y)=\begin{cases}x+y,&xy<1\\x-y,&xy\ge 1\end{cases}$ при $-1\le х\le 0,5$ с шагом 1, $5\le y\le 15$ с шагом 5 .

Решение. Сделаем пользовательскую функцию для вычисления значения функции Z(x) . Возвращаемый тип – double, т.к. ответом является вещественное число. Параметров два, double x, double y. В описании пользовательской функции будет вычисление функции по разветвляющемуся алгоритму. В функции main() реализуем вложенные циклы для вывода таблицы значений функции.

Код программы:

// test.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
double fz(double x, double y){
	double res;
	if(x*y<1){
		res=x+y;
	}
	else {
		res=x-y;
	}
	return res;
}
int main(){
	double x, y, z;
	cout<<setw(10)<<"x"<<setw(10)<<"y"<<setw(10)<<"z"<<endl;
	for(x=-1; x<=0.5; x=x+1){
		for(y=5; y<=15; y=y+5){
			z=fz(x, y);
			cout<<setw(10)<<x<<setw(10)<<y<<setw(10)<<z<<endl;
		}
	}
	return 0;
}

Результат выполнения программы:

Пример 4. Вычислить таблицу значений функции $Z(n)=\sum^n_{i=1}\frac{1}{i}$ при $1\le n\le 10$ с шагом 1.

Решение. Сделаем пользовательскую функцию для вычисления значения функции Z(n) . Возвращаемый тип – double, т.к. ответом является вещественное число. Параметр один, int n. В описании пользовательской функции будет вычисление функции по циклическому алгоритму. В функции main() реализуем цикл по для вывода таблицы значений функции.

Код программы:

// test.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
double fz(int n){
	double res;
	int i;
	res=0;
	for(i=1; i<=n; i=i+1){
		res=res+1.0/i;
	}
	return res;
}
int main(){
	int n;
	double z;
	cout<<setw(10)<<"n"<<setw(10)<<"z"<<endl;
	for(n=1; n<=10; n=n+1){
		z=fz(n);
		cout<<setw(10)<<n<<setw(10)<<z<<endl;
	}
	return 0;
}

Результат выполнения программы:

Пример 5. Создать пользовательскую функцию для вывода массива из 5 строк и 5 столбцов на экран.

Решение. Пользовательскую функцию назовем print_mass. В качестве параметра будет сам массив, например, double х[5][5]. Результатом пользовательской функции является вывод массива на экран, поэтому никакого числа в ответе не будет. Следовательно, возвращаемый тип на этот раз будет void, что означает "пустой". В описании пользовательской функции организуем вывод двумерного массива во вложенном цикле. В функции main() инициализируем два массива A[5][5], B[5][5] и вызовем функцию print_mass два раза.

Код программы:

// test.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
void print_mass(double x[5][5]){
	int i, j;
	for(i=0; i<5; i=i+1){
		for(j=0; j<5; j=j+1){
			cout<<setw(10)<<x[i][j];
		}
	cout<<endl;
	}
}
int main(){
	double A[5][5], B[5][5];
	int i,j;
	for(i=0; i<5; i=i+1){
		for(j=0; j<5; j=j+1){
			A[i][j]=2.3*i+j;
			B[i][j]=i-1.5*j;
		}
	}
	cout<<"massiv A:"<<endl;
	print_mass(A);
	cout<<"massiv B:"<<endl;
	print_mass(B);
	return 0;
}

Результат выполнения программы:

Пример 6. Массив А[5][5] задан по формуле А[i][j]=0,3i-j , массив B[5][5] по формуле B[i][j]=i-1.5j . Вычислить сумму положительных элементов массивов.

Решение. Создадим пользовательскую функцию для вычисления суммы положительных элементов массива, назовем ее sum_pol. В качестве параметра будет формальный массив x[5][5] . В функции main() проинициализируем массивы и , затем два раза вызовем функцию sum_pol.

Код программы:

// test.cpp: определяет точку входа для консольного приложения.
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
double sum_pol(double x[5][5]){
	int i, j;
	double s;
	s=0;
	for(i=0; i<5; i=i+1){
		for(j=0; j<5; j=j+1){
			if(x[i][j]>0){ s=s+x[i][j];}
		}
	}
	return s;
}
int main(){
	double A[5][5], B[5][5], sa, sb;
	int i,j;
	for(i=0; i<5; i=i+1){
		for(j=0; j<5; j=j+1){
			A[i][j]=0.3*i+j;
			B[i][j]=i-1.5*j;
		}
	}
	sa=sum_pol(A);
	cout<<"s A>0 = "<<sa<<endl;
	sb=sum_pol(B);
	cout<<"s B>0 = "<<sb<<endl;
	return 0;
}

Результат выполнения программы:

Краткие итоги

Чтобы работать с файлами, необходимо использовать переменную типа fstream. Рассмотрены случаи вывода в файл и чтения из файла.

Вопросы

Что такое файловый поток?
Что необходимо сделать, чтобы использовать в программе файловый поток?
Как сделать разделение по ячейкам при записи в файл *.xls?
Что такое пользовательская функция?
Что такое объявление, описание, вызов пользовательской функции?

Упражнения

Составьте программу, которая создаст следующие файлы:
Составьте блок-схему и программу для построения таблицы значений функции при $0\le x\le 1$ с шагом $0,2; -2\le y\le$ 0 с шагом 0,8. Таблицы вывести на экран, в файлы *.txt, *.xls.
Для массива найти минимальный элемент, максимальный элемент; найденные минимальный и максимальный элементы поменять местами. Исходный массив считать из файла. Исходный массив, результаты вычислений и измененный массив вывести на экран и в файл *.xls.
Составить блок-схему и программу для вычисления суммы 20 чисел из файла. Указание: использовать циклический алгоритм, не использовать массивы.
В программе для задачи 3 создать пользовательские функции для вычисления минимального и максимального элементов.
Массив считать из файла. Вывести массив на экран. Поменять местами первый и последний элементы. Измененный массив вывести на экран. Указание: для вывода массива на экран создать пользовательскую функцию.