Υποπρογράμματα και Συναρτήσεις στην Python

Υποπρογράμματα

• Ένα υποπρόγραμμα είναι ένα κομμάτι κώδικα που έχει γραφτεί ξεχωριστά από το υπόλοιπο πρόγραμμα και επιτελεί ένα αυτόνομο έργο.
• Βασικά χαρακτηριστικά:
  • Έχει μόνο ένα σημείο εισόδου για δεδομένα.
  • Το πρόγραμμα που καλεί ένα άλλο υποπρόγραμμα σταματάει μέχρι να εκτελεστεί το καλούμενο υποπρόγραμμα.
  • Ο έλεγχος επιστρέφει στο αρχικό πρόγραμμα όταν το καλούμενο υποπρόγραμμα ολοκληρωθεί.

Συναρτήσεις στην Python

• Η Python υλοποιεί την ιδέα της επαναχρησιμοποίησης με τις συναρτήσεις, προσφέροντας έλεγχο και αφαίρεση.
• Κάθε γλώσσα έχει το δικό της λεξιλόγιο εντολών και συναρτήσεων.
• Τα προγράμματα πρέπει να ακολουθούν γραμματικούς και συντακτικούς κανόνες.
• Η Python παρέχει συναρτήσεις ως τον μοναδικό τύπο υποπρογράμματος, τις οποίες θεωρεί ως αντικείμενα.

Ορισμός και κλήση συνάρτησης

• Ο ορισμός περιλαμβάνει το όνομα και τις παραμέτρους εισόδου.
• Η κλήση (calling) της συνάρτησης είναι η λειτουργία μέσω της οποίας καλείται η συνάρτηση
• Χρησιμοποιείται η λέξη-κλειδί def, ακολουθούμενη από όνομα και παρενθέσεις (με πιθανές μεταβλητές) και τελειώνεται με άνω τελεία (:).
• Οι εντολές τοποθετούνται σε εσοχή κάτω από τη γραμμή ορισμού.
• Παράδειγμα συνάρτησης χωρίς παραμέτρους:
  • def fun_name():
  • print "hello"
• Παράδειγμα συνάρτησης με δύο παραμέτρους:
  • def find_sum(par1, par2):
  • result = par1 + par2
  • return result

Πληροφορίες σχετικά με τις συναρτήσεις

• Μπορεί να καλείται από διάφορα σημεία του κώδικα, γράφοντας το όνομά της και τις κατάλληλες παραμέτρους σε παρενθέσεις.
• Παράδειγμα: type(45) (επιστρέφει τον τύπο του ορίσματος).
• Επιστρέφει μια τιμή, το αποτέλεσμα, το οποίο ονομάζεται επιστρεφόμενη τιμή (return value).
• >>> find_sum(3,4) επιστρέφει 7.
• Μια συνάρτηση πρέπει να έχει οριστεί πριν χρησιμοποιηθεί.
• Οι δηλώσεις μέσα στη συνάρτηση εκτελούνται μόνο όταν κληθεί.

Ροή εκτέλεσης

• Εναλλακτικός τρόπος διαβασματος προγραμμάτων: αντί να ακολουθούμε τη ροή της εκτέλεσης στον εσωτερικό κώδικα της συνάρτησης, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η συνάρτηση δουλεύει σωστά και επιστρέφει το σωστό αποτέλεσμα.
• Συνεχίζουμε με την επόμενη εντολή του κύριου προγράμματος.
• Μια κλήση συνάρτησης είναι σαν μια παράκαμψη από την ροή εκτέλεσης, περνάει στο σώμα της συνάρτησης, εκτελεί όλες τις δηλώσεις και επιστρέφει για να συνεχίσει από εκεί που σταμάτησε

Μεταβλητές και Παράμετροι

• Ένα υποπρόγραμμα μπορεί να καλείται από άλλα σημεία του προγράμματος.
• Δέχεται τιμές, εκτελεί εντολές και επιστρέφει αποτελέσματα.
• Οι τιμές που μεταβιβάζονται ονομάζονται παράμετροι και διακρίνονται σε Εισόδου και Εξόδου.
• Οι παράμετροι χρησιμοποιούνται για τη μεταβίβαση τιμών μεταξύ υποπρογραμμάτων ή υποπρογραμμάτων και κύριου προγράμματος.

Παράμετροι συναρτήσεων

• Μια συνάρτηση δέχεται τιμές (παραμέτρους) για να λειτουργήσει αποτελεσματικά.
• Οι παράμετροι μοιάζουν με μεταβλητές και ορίζονται μέσα στις παρενθέσεις.
• Η τιμή τους ορίζεται κατά την κλήση της συνάρτησης.
• Παράδειγμα
  • def printMax(a, b):
  • if a > b:
    • print a, 'είναι το μέγιστο'
  • elif a == b:
    • print a, 'είναι ίσο με το', b
  • else:
    • print b, 'είναι το μέγιστο'
  • printMax(3, 4)
  • x = 5
  • y = 7
  • printMax(x, y)
  • Τα ορίσματα εκχωρούνται σε μεταβλητές που ονομάζονται παράμετροι.

Περάσματα παραμέτρων

• Παράδειγμα συνάρτησης ορισμένης από τον χρήστη:
  • def print_twice(x):
    • print x
    • print x
• Η συνάρτηση αυτή εμφανίζει την τιμή της παραμέτρου δύο φορές.
• Όλα τα ορίσματα περνάνε με αναφορά.
• Αυτό σημαίνει ότι αν αλλάξουμε μια παράμετρο μέσα στη συνάρτηση, η αλλαγή είναι μόνιμη και μετά την κλήση της.

Παραδείγματα ορισμού συνάρτησης

• # Ορισμός συνάρτησης
• def changeme(mylist):
  • # "Αλλάζει τη λίστα που περνά στη συνάρτηση”
  • mylist.append([1,2,3,4]);
  • print "Τιμές μέσα στη συνάρτηση: ", mylist
  • return
• # Τώρα μπορούμε να καλέσουμε τη changeme συνάρτηση
• mylist = [10,20,30];
• changeme(mylist );
• print "Τιμές έξω από τη συνάρτηση: ", mylist
• Οπότε το όρισμα παρακάμπτεται μέσα στην καλούμενη συνάρτηση

Εμβέλεια μεταβλητών

• Η εμβέλεια (scope) μιας μεταβλητής αναφέρεται στο τμήμα του προγράμματος που μπορεί να έχει πρόσβαση σε αυτήν.
• Τύποι εμβέλειας μεταβλητών
  • Απεριόριστη εμβέλεια: Οι μεταβλητές είναι ορατές και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε τμήμα του προγράμματος (καθολικές/global).
  • Περιορισμένη εμβέλεια: Ισχύουν μόνο για το υποπρόγραμμα στο οποίο δηλώθηκαν (τοπικές/local).

Καθολικές και τοπικές μεταβλητές

• Οι μεταβλητές που έχουν οριστεί μέσα στο σώμα της συνάρτησης, έχουν τοπική εμβέλεια.
• Οι μεταβλητές που έχουν οριστεί έξω από αυτό έχουν καθολική εμβέλεια.

Περαιτέρω πληροφορίες για καθολικές και τοπικές μεταβλητές

• Οι τοπικές μεταβλητές μπορούν να προσπελαστούν μόνο μέσα στη συνάρτηση όπου δηλώθηκαν.
• Οι καθολικές μεταβλητές είναι προσβάσιμες από όλες τις συναρτήσεις.
• total = 0 -Καθολικη μεταβλητή
• total = arg1 + arg2 - Τοπική μεταβλητή

Πληροφορίες για τις τοπικές μεταβλητές

• Όταν δηλώνουμε μεταβλητές μέσα σε έναν ορισμό συνάρτησης, δεν έχουν καμία σχέση με άλλες μεταβλητές που έχουν την ίδια ονομασία και χρησιμοποιούνται έξω από αυτήν τη συνάρτηση.
• Όλες οι μεταβλητές έχουν την εμβέλεια του τμήματος κώδικα όπου έχουν δηλωθεί.
• Οι τοπικές μεταβλητές που ορίζονται σε μια συνάρτηση, χάνονται όταν τελειώσει η εκτέλεση της συνάρτησης.
• Η κλήση μιας συνάρτησης δημιουργεί νέες τοπικές μεταβλητές, και οι παράμετροι είναι τοπικές μεταβλητές.

Χρήση της Εντολής Global

• Οι μεταβλητές που δηλώνονται έξω από τις συναρτήσεις είναι καθολικές μεταβλητές.
• Εάν θέλουμε μέσα σε μια συνάρτηση να αλλάξουμε την τιμή μιας καθολικής μεταβλητής, δηλαδή ορίζεται στο κορυφαίο επίπεδο του προγράμματος δηλώνουμε global στην Python, η μεταβλητή αυτή δεν θα είναι τοπική αλλά καθολική
• Μπορεί να γραφτεί η εντολή global, με την οποία γίνεται ξεκάθαρο ότι η μεταβλητή βρίσκεται σε ένα εξωτερικό τμήμα εντολών.

Παράδειγμα Χρήσης της Εντολής Global

• x = 50
• def func():
  • global x
  • print 'Το χ είναι', x
  • x =2
• print 'Το καθολικό χ άλλαξε σε', x -func()
• print 'Η τιμή του χ είναι', x

Σενάριο για παράδειγμα των εντολών global και local

• Αν μέσα σε συνάρτηση εκχωρηθεί σε οποιαδήποτε μεταβλητή μια τιμή, η μεταβλητή είναι τοπική.
• Αν απλώς διαβάζεται μια τιμή από τη μεταβλητή και αυτή δεν υπάρχει τοπικά, τότε προσπαθεί να την αναζητήσει για παράδειγμα καθολική.
• Όταν εκχωρούμε μια τιμή σε μια καθολική γίνεται μια τοπική μεταβλητή.
• Η τοπική μεταβλητή βγαίνει εκτός εμβέλειας και χάνεται, όταν η συνάρτηση ολοκληρώνεται.