Стек и функции

Ниже перечислены действия, происходящие с программой, выполняемой под управлением DOS, при переходе к телу функции.

1. Увеличивается адрес, содержащийся в указателе команды, чтобы указывать на инструкцию, следующую после вызова функции. Затем этот адрес помещается в стек и будет служить адресом возврата по завершении выполнения функции.

2. В стеке резервируется место для возвращаемого функцией значения объявленного вами типа. Если в системе с двухбайтовыми целыми для возвращаемого значения объявлен тип int, то к стеку добавляются еще два байта, но в эти байты ничего пока не помещается.

3. В указатель команды загружается адрес вызванной функции, который хранится в отдельной области памяти, отведенной специально для этих целей. Поэтому следующей выполняемой командой будет первый оператор вызванной функции.

4. Текущая вершина стека помечается и содержится в специальном указателе, именуемом указателем стека. Все, что добавляется в стек с этого момента и до тех пор, пока функция не завершится, рассматривается как локальные данные этой функции.

5. В стек помещаются все аргументы, передаваемые функции.

6. Выполняется команда, адрес которой находится в данный момент в указателе команды, т.е. первая строка кода функции.

7. По мере определения в стеке размещаются локальные переменные и функции.

Когда функция завершается, возвращаемое значение помещается в область стека, зарезервированную на этапе 2. Затем из стека удаляется все содержимое вплоть до указателя стека, благодаря чему стек очищается от локальных переменных и аргументов, переданных функции.

Затем из стека извлекаются значение возврата функции, которое присваивается переменной, вызвавшей функцию, и адрес команды, сохраненный в стеке на этапе 1, который присваивается указателю команд. Таким образом, программа продолжает свою работу со следующей строки после обращения к функции, владея уже значением, возвращенным из функции.

Некоторые детали этого процесса изменяются при переходе от компилятора к компилятору или от компьютера к компьютеру, но основная идея остается прежней независимо от операционной среды. В общем случае при вызове функции адрес возврата и ее параметры всегда помещаются в стек: На протяжении жизненного цикла функции в стек добавляются локальные переменные. По возвращении из функции все они удаляются из стека.

На следующих занятиях рассматриваются некоторые особенности других областей памяти, которые используются для хранения глобальных данных программы.

Резюме

На этом занятии вы познакомились с функциями. Функция в действительности представляет собой подпрограмму, которой можно передавать параметры и из которой можно возвращать значение. Каждый запуск программы C++ начинается с выполнения функции main(), которая, в свою очередь, может вызывать другие функции.

Функция объявляется с помощью прототипа функции, который описывает возвращаемое значение, имя функции и типы ее параметров. При желании функцию можно объявить подставляемой (с помощью ключевого слова inline). В прототипе функции можно также объявить значения, используемые по умолчанию для одного или нескольких параметров функции.

Определение функции должно соответствовать прототипу функции по типу возвращаемого значения, имени и списку параметров. Имена функций могут быть перегружены путем изменения количества или типа параметров. Компилятор находит нужную функцию на основе списка параметров.

Локальные переменные функции и аргументы, передаваемые функции, локальны по отношению к блоку, в котором они объявлены. Параметры, передаваемые как значения, представляют собой копии реальных переменных и не могут влиять на значения этих переменных в вызывающей функции

Вопросы и ответы

Почему бы не сделать все переменные глобальными?

Когда-то именно так и поступали. Но по мере усложнения программ стало очень трудно находить в них ошибки, поскольку значения глобальных переменных могли быть изменены любой из функций, поэтому сложно было определить, какой именно блок программы виновен в ошибке. Многолетний опыт убедил программистов, что данные должны храниться локально (насколько это возможно) и доступ к изменению данных должен быть определен как можно более узким кругом.

Когда следует использовать в прототипе функции ключевое слово inline?

Если функция невелика (занимает не более одной-двух строк) и встраивание ее в код программы по всем местам вызова не увеличит существенно размер этой программы, то, возможно, имеет смысл объявить ее как inline.

Почему изменения, вносимые в теле функции в переменные, переданные как аргументы, не отражаются на значениях этих переменных в основном коде программы?

Аргументы обычно передаются в функцию как значения, т.е. аргумент в функции является на самом деле копией оригинального значения. Данная концепция подробно разъяснялась на этом занятии.

Как поступить, если необходимо, чтобы изменения, внесенные в функции, сохранились после возвращения из функции?

Эта проблема рассматривается на занятии 8. Использование указателей не только решает эту проблему, но также предоставляет способ обойти ограничение на возврат только одного значения из функции.

Что произойдет, если объявить следующие две функции:

int Area (int width, int length = 1); int Area (int size);

Будут ли они перегруженными? Условие уникальности списков параметров соблюдено, но в первом варианте для параметра определено значение, используемое по умолчанию.

Эти объявления будут скомпилированы, но, если вызвать функцию Area () с одним параметром, будет сгенерирована ошибка компиляции, обусловленная неопределенностью между функциями Area(int, int) и Area(int).