034.3 Μάθημα 2

Καθώς ένα πρόγραμμα μεγαλώνει, γίνεται πιο δύσκολη η οργανώση αυτού που κάνει χωρίς τη χρήση funtions. Κάθε function έχει το δικό του scope μεταβλητών, επομένως οι μεταβλητές που ορίζονται μέσα σε ένα function θα είναι διαθέσιμες μόνο εντός του ίδιου function. Έτσι, δεν θα μπερδεύονται με μεταβλητές από άλλα functions. Οι global μεταβλητές εξακολουθούν να είναι προσβάσιμες μέσα από τα functions, αλλά ο προτιμότερος τρόπος απόδοσης τιμών εισόδου σε ένα function είναι μέσω των παραμέτρων του function. Για παράδειγμα, θα βασιστούμε στο funtion επικύρωσης πρώτων αριθμών από το προηγούμενο μάθημα:

Εάν αργότερα στον κώδικα πρέπει να ελέγξετε εάν ένας αριθμός είναι πρώτος, θα πρέπει να επαναλάβετε τον κώδικα που έχει ήδη γραφτεί. Αυτή η πρακτική δεν συνιστάται, επειδή τυχόν διορθώσεις ή βελτιώσεις στον αρχικό κώδικα θα πρέπει να αναπαραχθούν με μη αυτόματο τρόπο παντού όπου έγινε αντιγραφή αυτού του ίδιου του κώδικα. Επιπλέον, η επανάληψη κώδικα επιβαρύνει το πρόγραμμα περιήγησης και το δίκτυο, επιβραδύνοντας πιθανώς την εμφάνιση της ιστοσελίδας. Αντί να το κάνετε αυτό, μετακινήστε τα κατάλληλα statements σε ένα function:

Η δήλωση του function ξεκινά με ένα function statement, ακολουθούμενο από το όνομα του function και τις παραμέτρους του. Το όνομα του function πρέπει να ακολουθεί τους ίδιους κανόνες με τα ονόματα των μεταβλητών. Οι παράμετροι του function, γνωστά και ως function arguments, χωρίζονται με κόμμα και περικλείονται με παρένθεση.

Στο παράδειγμα, το function test_prime έχει μόνο ένα argument: το candidate argument, που είναι ο πρώτος αριθμός υποψήφιος προς δοκιμή. Τα arguments του function λειτουργούν όπως οι μεταβλητές, αλλά οι τιμές τους εκχωρούνται από το statement που καλεί το function. Για παράδειγμα, το statement test_prime(231) θα καλέσει το function «test_prime» και θα εκχωρήσει την τιμή 231 στο argument candidate, το οποίο στη συνέχεια θα είναι διαθέσιμο μέσα στο σώμα του function σαν μια συνηθισμένη μεταβλητή.

Εάν το statement που καλεί το function, χρησιμοποιεί απλές μεταβλητές για τις παραμέτρους του function, οι τιμές τους θα αντιγραφούν στα arguments του function. Αυτή η διαδικασία — η αντιγραφή των τιμών των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται στο statement που καλεί το function, στις παραμέτρους που χρησιμοποιούνται μέσα στο function — ονομάζεται μεταβίβαση arguments κατά τιμή. Τυχόν τροποποιήσεις που γίνονται στο argument από το function, δεν επηρεάζουν την αρχική μεταβλητή που χρησιμοποιείται στο statement που καλεί το function. Ωστόσο, εάν το statement που καλεί το function χρησιμοποιεί σύνθετα objects ως arguments (δηλαδή, ένα object με ιδιότητες και μεθόδους) για τις παραμέτρους του function, θα μεταβιβαστούν ως αναφορά και το function θα μπορεί να τροποποιήσει το αρχικό object που χρησιμοποιείται στο statement που καλεί το function.

Τα arguments που μεταβιβάζονται κατά τιμή, καθώς και οι μεταβλητές που δηλώνονται μέσα στο function, δεν είναι ορατά έξω από αυτό. Δηλαδή, το πεδίο εφαρμογής τους περιορίζεται στο σώμα του function όπου δηλώθηκαν. Ωστόσο, τα functions συνήθως χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κάποιου output ορατού εκτός του function. Για να μοιραστεί μια τιμή με το function που το καλεί, ένα function ορίζει ένα return statement.

Για παράδειγμα, το function test_prime στο προηγούμενο παράδειγμα επιστρέφει την τιμή της μεταβλητής is_prime. Επομένως, το function μπορεί να αντικαταστήσει τη μεταβλητή οπουδήποτε θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο αρχικό παράδειγμα:

Το return statement, όπως υποδηλώνει το όνομά της, επιστρέφει τον έλεγχο στο καλούμενο function. Επομένως, οπουδήποτε τοποθετείται η εντολή return στο function, δεν εκτελείται τίποτα μετά από αυτήν. Έαν function μπορεί να περιέχει πολλαπλά return statements. Αυτή η πρακτική μπορεί να είναι χρήσιμη εάν ορισμένες βρίσκονται μέσα σε block εντολών υπόθεσης, έτσι ώστε το function να εκτελεί ή να μην εκτελεί μια συγκεκριμένη εντολή return κάθε φορά.

Ορισμένα functions ενδέχεται να μην επιστρέφουν μια τιμή, επομένως το return statement δεν είναι υποχρεωτικό. Τα εσωτερικά statements του function εκτελούνται ανεξάρτητα από την παρουσία του, επομένως τα functions μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την αλλαγή των τιμών των global μεταβλητών ή των περιεχομένων των objects που μεταβιβάζονται με αναφορά, για παράδειγμα. Παρά ταύτα, εάν το function δεν έχει return statement, η προεπιλεγμένη επιστρεφόμενη τιμή ορίζεται σε undefined: μια δεσμευμένη μεταβλητή που δεν έχει τιμή και δεν μπορεί να γραφτεί.

Εκτός από την εκτέλεση statements και την κλήση builtin functions, τα εξατομικευμένα functions μπορούν επίσης να καλέσουν άλλες εξατομικευμένα functions, συμπεριλαμβανομένων των ίδιων. Η κλήση ενός function από τον εαυτό της ονομάζεται function recursion [αναδρομή]. Ανάλογα με τον τύπο του προβλήματος που προσπαθείτε να λύσετε, η χρήση αναδρομικών functions μπορεί να είναι πιο απλή από τη χρήση ένθετων loops για την εκτέλεση επαναλαμβανόμενων εργασιών.

Μέχρι στιγμής, γνωρίζουμε πώς να χρησιμοποιήσουμε ένα function για να ελέγξουμε αν ένας δεδομένος αριθμός είναι πρώτος. Τώρα ας υποθέσουμε ότι θέλετε να βρείτε τον επόμενο πρώτο αριθμό, μετά από έναν δεδομένο αριθμό. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα while loop για να αυξήσετε τον υποψήφιο αριθμό και να γράψετε ένα ένθετο loop που θα αναζητήσει ακέραιους παράγοντες για αυτόν τον υποψήφιο:

Σημειώστε ότι πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μια συνθήκη σταθεράς για το while loop (την έκφραση true μέσα στην παρένθεση) και τη βοηθητική μεταβλητή is_prime για να ξέρουμε πότε να σταματήσουμε το loop. Αν και αυτή η λύση είναι σωστή, η χρήση ένθετων loops δεν είναι τόσο κομψή όσο η χρήση αναδρομής για την εκτέλεση της ίδιας εργασίας:

Και τα δύο παραδείγματα του next_prime επιστρέφουν τον επόμενο πρώτο αριθμό μετά τον αριθμό που δίνεται ως μοναδικό argument (from). Το αναδρομικό παράδειγμα, όπως και το προηγούμενο παράδειγμα, ξεκινά ελέγχοντας τις ειδικές περιπτώσεις (δηλαδή αριθμούς μικρότερους ή ίσους με δύο). Στη συνέχεια, αυξάνει τον υποψήφιο και αρχίζει να αναζητά τυχόν ακέραιους παράγοντες με το for loop (προσέξτε ότι το while loop δεν υπάρχει πια). Σε εκείνο το σημείο, ο μόνος άρτιος πρώτος αριθμός έχει ήδη δοκιμαστεί, οπότε ο υποψήφιος και οι πιθανοί συντελεστές του αυξάνονται κατά δύο. (Ένας μονός αριθμός συν δύο είναι ο επόμενος περιττός αριθμός.)

Υπάρχουν μόνο δύο τρόποι εξόδου από το for loop στο παράδειγμα. Εάν ελέγχονται όλοι οι πιθανοί παράγοντες και κανένας από αυτούς δεν έχει υπόλοιπο ίσο με το μηδέν κατά τη διαίρεση του υποψηφίου, το for loop ολοκληρώνεται και το function επιστρέφει τον υποψήφιο ως τον επόμενο πρώτο αριθμό μετά το from. Διαφορετικά, εάν ο factor είναι ένας ακέραιος παράγοντας του candidate (candidate % factor == 0), η επιστρεφόμενη τιμή προέρχεται από το function next_prime που καλείται αναδρομικά, αυτή τη φορά με τον επαυξημένο candidate ως την from παράμετρό του. Οι κλήσεις για next_prime θα στοιβάζονται η μία πάνω στην άλλη, έως ότου ένας υποψήφιος δεν εμφανίσει τελικά κανέναν ακέραιο παράγοντα. Στη συνέχεια, το τελευταίο next_prime instance που περιέχει τον πρώτο αριθμό θα το επιστρέψει στο προηγούμενο next_prime instance και επομένως διαδοχικά στo πρώτo next_prime instance. Παρόλο που κάθε κληση του function χρησιμοποιεί τα ίδια ονόματα για τις μεταβλητές, οι κλήσεις είναι απομονωμένες η μία από την άλλη, επομένως οι μεταβλητές τους διατηρούνται χωριστές στη μνήμη του υπολογιστή.