Лекция 12. Подпрограммы
В этой лекции будут изучены подпрограммы - единицы структурирования программного кода на Perl, которые также имеют свои особенности: в формах определения и вызова, в способах передачи и обработки параметров, в вариантах возврата значений. Кроме того, в этой лекции будут рассмотрены принципы определения видимости имен переменных в Perl-программе.
Цель лекции: получить знания, необходимые для разработки на Perl структурированных модульных программ, учитывая своеобразие реализации в нем механизма подпрограмм. Научиться использовать на практике особенности работы с подпрограммами. Изучить способы задания области видимости переменных.
Для моделирования в программе внешнего мира программист создает необходимые сущности в виде переменных, подобно тому как человек обозначает существительными предметы и явления. Подпрограммы позволяют программисту создавать собственные глаголы для именования серии повторяющихся действий или для замены длинной последовательности действий одним идентификатором. Определение подпрограммы напоминает определение термина в словаре, например: "сортировать - расположить элементы набора данных в определенной последовательности путем их сравнения и перестановки". Затем все, кто знает определение термина, могут пользоваться им для указания выполнить соответствующее действие, например: "сортировать список книг по возрастанию названий".
Кроме того, подпрограммы - это средство структурирования программы. Довольно часто программный комплекс разрабатывается методом "сверху вниз", когда сначала определяются крупные части программы и порядок их выполнения без уточнения деталей реализации. Затем в ходе проектирования выясняются способы взаимодействия этих частей и фиксируются их интерфейсы (входные и выходные данные). После чего каждая крупная часть программного проекта подвергается аналогичной декомпозиции на более мелкие составляющие. В результате такого процесса "пошагового уточнения" (stepwise refinement) определяются программные компоненты в виде подпрограмм, выполняющих определенные действия. После чего пишется код подпрограмм, реализующий конкретные алгоритмы. Ну и конечно, применение подпрограмм дает возможность повторного использования (code reuse) готовых и проверенных программ, которые оформляются в виде библиотек модулей проекта.
В процедурных языках программирования традиционно выделяют две разновидности подпрограмм: функции, возвращающие сформированное в результате своей работы значение, и процедуры, не возвращающие значения и вызываемые ради побочного эффекта. В Perl существует только одна разновидность структурных единиц - подпрограммы, всегда возвращающие значение.
Подобно определению термина в словаре, при определении подпрограммы (subroutine definition) с ее именем сопоставляется последовательность действий, которую нужно выполнить. Подпрограммы определяются с помощью ключевого слова sub, за которым следует имя подпрограммы и блок, называемый телом подпрограммы, в котором содержатся исполняемые предложения подпрограммы. Имя подпрограммы - это идентификатор, который записывается по тем же правилам, что и имя переменной. В соответствии со сложившимся стилем программирования на Perl имена подпрограмм записываются строчными буквами, а логические составляющие имени разделяются символами подчеркивания. Часто для имен подпрограмм выбирают подходящие по смыслу глаголы. Вот пример определения подпрограммы и ее вызова:
# определение подпрограммы: sub say_hello { # имя подпрограммы if ($language eq 'ru') { # тело подпрограммы print 'Здравствуйте!'; } elsif ($language eq 'ja') { print 'Konnichi-wa!'; } else { print 'Hello!'; } } $language = 'ru'; # напечатать приветствие по-русски say_hello; # вызов подпрограммы
Определение подпрограмм может располагаться в любом месте программного файла. (Можно даже перемежать определения подпрограмм выполняемыми предложениями программы, поскольку определения пропускаются при выполнении. Но разбираться в логике такой программы будет непросто!) Из соображений практического удобства, определения подпрограмм часто располагают в исходном тексте после основной программы, чтобы вначале ознакомиться с общей логикой программы. Но это дело вкуса: например, разработчики, привыкшие программировать на Pascal или C, располагают определения подпрограмм в начале исходного текста.
В Perl все подпрограммы всегда возвращают значения. Если не указано ничего иного, возвращаемым значением будет значение последнего вычисленного в подпрограмме выражения. В следующем примере функция dice() возвращает список из двух случайных чисел от 1 до 6, имитируя бросок игральных костей:
sub dice { # бросаем игральные кости: (int(rand 6)+1, int(rand 6)+1); # два случайных числа }
Также в Perl есть встроенная функция возврата из подпрограммы return, которая завершает выполнение подпрограммы и возвращает значение указанного выражения. Так делается в пользовательской функции приветствия:
sub greeting { # приветствие в зависимости от времени суток my $hours = (localtime)[2]; # текущие часы if ($hours >= 4 and $hours < 12) { return 'Доброе утро'; } elsif ($hours >= 12 and $hours < 18) { return 'Добрый день'; } elsif ($hours >= 18 and $hours < 22) { return 'Добрый вечер'; } else { return 'Доброй ночи'; } } print greeting(), '!';
Если выражение не указано, возвращается пустой список в списочном контексте и неопределенное значение undef - в контексте скалярном. В следующем примере функция проверки размера файла get_file_size() возвращает неопределенное значение как сигнал об отсутствии файла.
sub get_file_size { # узнать размер файла return -s $file # вернуть размер, в т.ч. 0, if -e $file; # если файл существует return; # файла нет, вернуть undef }
Использование return в подпрограммах относится к хорошим привычкам программиста, поскольку делает исходный текст более понятным для того, кто будет читать программу и заниматься ее сопровождением. Ведь хорошо известно, что даже автору потребуются значительное время и усилия, чтобы вспомнить в деталях логику давно написанной им программы.
Помня о том, что списки в Perl - одномерные, становится понятным, что подпрограмма в Perl может возвращать только один список. Например, если в ней записано return (@array1, @array2), будет возвращен объединенный список из элементов @array1 и @array2. Поэтому при необходимости вернуть несколько списочных объектов возвращаются ссылки на них, например: return (@array1, @array2).
Пока что в приведенных примерах подпрограммы использовали значение глобальных переменных, но сама идея применения подпрограмм предполагает применение заложенного в них алгоритма для обработки передаваемых им параметров. Когда подпрограмма вызывается с набором аргументов, ей передается специальный массив с предопределенным именем @_, содержащий список переданных аргументов. В теле подпрограммы переданные значения доступны в виде элементов массива @_, что видно из следующего примера:
sub cube { # вычислить куб числа return $_[0] * $_[0] * $_[0]; # умножить аргумент } print cube(2); # будет напечатано 8
Количество переданных аргументов можно выяснить, запросив число элементов массива @_. Для обработки списка аргументов переменной длины часто используется встроенная функция shift(), которая извлекает из массива параметров очередное значение, переданное подпрограмме:
print2files($message, $file1, $file2, $file3); sub print2files { # вывести текст в несколько файлов my $text = shift; # 1-й параметр - текст while (@_) { my $file = shift; # очередное имя файла open my $fh, ">>$file" or die; print $fh $text; close $fh or die; } }
Если переданные аргументы заданы переменными, то массив параметров @_ совмещается с переданными аргументами. Это означает, что изменение элементов массива приведет к изменению значений соответствующих переменных в вызывающей программе. Это можно проиллюстрировать следующим (несколько искусственным) примером:
sub sum2 { # вычислить сумму 2-х чисел $_[0] = $_[1] + $_[2]; # поместить сумму в 1-й аргумент return; } my $a = 1, $b = 2, $sum = 0; sum2($sum, $a, $b); print "$a+$b=$sum"; # будет напечатано: 1+2=3
Опыт показывает, что изменение значения аргументов ведет к трудно обнаруживаемым ошибкам и осложняет сопровождение программы, поэтому должно использоваться в исключительных случаях и всегда оговариваться в комментариях. Общепринятым способом работы с параметрами подпрограммы является присваивание значения аргументов списку переменных: это предохраняет аргументы от изменения и позволяет работать не с элементами массива, а с удобно названными переменными. Это видно из следующего примера:
sub get_file { # считать данные из файла my ($path, $file) = @_; # присвоить аргументы в переменные return unless -e "$path/$file"; # авария: файла нет open my $fh, '<', "$path/$file" or return; my @lines = <$fh>; # прочитать все строки файла в массив close $fh or return; return @lines; # вернуть массив строк файла } my @data = get_file('/tmp', 'log.txt');