Bài giảng Nguyên lý ngôn ngữ lập trình - Chương 4: Chương trình con - Nguyễn Văn Hòa

1Chương 4: Chương trình con 
(SubPrograms)
Giảng viên: Ph.D Nguyễn Văn Hịa
Khoa KT-CN-MT – ðH An Giang
2Pascal Code Fragment
procedure C;
procedure A (P : procedure; i : integer);
procedure B;
begin B
write(i);
end B;
begin A
if i = 1 then A(B,2)
else P;
end A;
begin main
A(C,1);
end main.
3JavaScript Code Fragment
function sub1() {
var x;
function sub2() {
alert(x);
};
function sub3() {
var x;
x = 3;
sub4(sub2);
};
function sub4(subx) {
var x;
x = 4;
subx();
};
x = 1;
sub3();
};
4Chương trình con chung C++
template 
Type max(Type first, Type second) {
return first > second ? first : second;
}
int max(int first, int second)
{
return first > second ? first : second;
}
5Nội dung chính của chương

 Giới thiệu chương trình con

 Cơ chế gọi chương trình con

 Truyền tham số cho chương trình con

 Chương trình con đa năng (overloaded)

 Chương trình con chung (generic)
6Giới thiệu

 Cĩ hai cách trù tượng hĩa
 Trù tượng tiến trình (process abstraction): được chú 
trọng ngày từ rất sớm
 Trù tượng dữ liệu (data abstraction): được chú trọng 
trong 1980s

 Chương trình con (CTC): 
 Một phép tốn trừu tượng tiến trình (process) được 
định nghĩa bởi người lập trình
 Khi một khối cơng việc được lặp đi lặp lại nhiều lần 
trong chương trình → CTC
 Hoặc CTC được dùng để tách một khối cơng việc cụ 
thể, để chương trình chính đỡ phức tạp
7Giới thiệu (tt)

 ðặc tính cơ bản của CTC
 Mỗi chương trình con cĩ một điểm vào duy nhất
 Chương trình gọi CTC thì tạm dừng trong khoảng thời 
gian thực hiện CTC
 Ðiều khiển luơn được trả về chương trình gọi khi kết 
thúc chương trình con
 Mơ hình Master/Client

 Hai khía cạnh khi nĩi đến CTC
 ðịnh nghĩa CTC
 Lời gọi CTC
8Giới thiệu (tt)

 CTC cĩ thể truy xuất dữ liệu :
 Truy xuất các biến khơng cục bộ
 Truyền tham số

 Ưu điểm của CTC
 Cho phép sử dụng nhiều lần 1 chức năng/khối cơng 
việc ~ CTC → tiết kiệm khơng gian lưu trữ code và ẩn 
giấu các chi tiết của CT
 Tăng tính dễ đọc hiểu của CT vì dễ dàng thấy cấu trúc 
điều khiển của CT hơn
 Phát hiện và sữa lỗi dễ dàng
9Mơ hình cài đặt CTC

 Mơ hình cài đặt của CTC trong các NNLT cĩ thể
khác nhau

 ðiều khiển tuần tự (Imperative) : 
 Thủ tục : một khối các câu lệnh để thực hiện 1 chức 
năng
 Hàm : một khối câu lệnh trả về 1 kết quả duy nhất
 Ngơn ngữ C khơng phân biệt hàm và thủ tục

 Hàm: VD Hàm tính dãy Fibonacci 

 Logic: Mệnh đề Horn (Horn claus)
10
ðặc tả của CTC

 Tên của CTC

 Số lượng, thứ tự và kiểu của các tham số (đối số)
 Tham số hình thức: là danh sách các tham số được 
dùng trong CTC ở phần Header của CTC
 Tham số thực: là các giá trị hoặc địa chỉ ơ nhớ được 
dùng trong lời gọi CTC
 Header CTC = Tên + tham số hình thức

 Hoạt động của CTC hay phần thân (body)
 Các khối như các khai báo, các câu lệnh, etc

 Số lượng kết quả trả về và kiểu của chúng
11
VD CTC (thủ tục) trong Pascal
procedure count(k: array[1..5] of real);
const
type
var
// nested procedures and functions go here
begin
end;
12
VD CTC (thủ tục) trong Ada
procedure Display_Even_Numbers is
function even (number:integer) return boolean is
begin
end even;
begin
end Display_Even_Numbers;
13
Các yếu tố khi thiết kế CTC

 Các hình thức truyền tham số: tham trị hay quy 
chiếu,?

 Cĩ kiểm tra kiểu hay khơng?

 Các biến cục bộ là tĩnh (static) hay động?

 Một CTC cĩ thể được khai báo lịng vào một CTC 
khác khơng?

 CTC cĩ được đa năng hĩa (overloaded) khơng?

 CTC là chung hay khơng (generic subprogram)?
14
Các biến cục bộ (local) của CTC

 Các biến cục bộ động stack
 Liên kết vào các ơ nhớ khi CTC bắt đầu được thực hiện và 
hủy liên kết khi kết thúc CTC
 Ưu điểm

 Hỗ trợ đệ qui

 Ơ nhớ dành cho các biến cục bộ cĩ thể được shared giữa các 
CTC
 Khuyết điểm

 Cần thời gian cấp, giải phĩng và khởi tạo

 Khơng thể lưu giá trị của biến giữa các lần gọi CTC

 Các biến cục bộ tĩnh
 Hiệu quả hơn
 Khơng hỗ đệ qui
 Khơng thể chia sẽ các ơ nhớ
15
Các biến cục bộ của CTC (tt)

 Trong C và C++ biến cục bộ được khai báo tĩnh nếu đứng 
sau static
int adder (int list[], int listlen){
static int sum = 0;
int count;
for (count=0; count<listlen;count++)
sum += list[count];
return sum;
}

 // count là biến cục bộ động stack

 // sum biến tĩnh
16
Truyền tham số

 Khi gọi CTC, các tham số được truyền bằng một 
trong các cách sau đây :
 Truyền tham trị (Pass-by-value)
 Truyền kết quả (Pass-by-result)
 Truyền trị và kết quả (Pass-by-value-result)
 Truyền quy chiếu (Pass-by-reference)
17
Các mơ hình truyền tham số 
18
Truyền tham trị - In Mode

 Giá trị của tham số thực được dùng để truyền vào 
tham số hình thức tương ứng
 Cách cài đặt bình thường là copy
 Cĩ thể cài đặt bằng cách truyền địa chỉ nhưng cách 
này khơng được khuyến khích (vì địi hỏi biến phải 
được đặt ở chế độ write-protection)
 Khi tác vụ copy được dùng → cần thêm khơng gian 
lưu trữ
 Lưu trữ và tác vụ copy cĩ thể mất thời gian

 Trị cuối cùng của tham số thực bị mất khi CTC 
kết thúc
19
Truyền tham trị - In Mode (tt)

 Các NNLT hỗ trợ : C, Pascal, Ada, Scheme, Algol68
{ c : array [1..10] of integer;
m,n: integer;
procedure r(k,j: integer);
begin
k:=k+1; /* m = 6 */
j:= j+2; /* n = 5 */
end;
begin
m := 5; n:=3;
r(m,n);
writeln(m,n); /* 5 & 3 */
}
20
Truyền kết quả - Out Mode

 Tham số thực khơng truyền giá đến CTC; tham số hình 
thức tương ứng đống vai trị như biến cục bộ nhưng khi 
kết thúc CTC thì trị của tham số này được trả về cho 
tham số thực
 Yêu cầu khơng gian lưu trữ và tác vụ copy
 Tham số thực phải là 1 biến

 Khả năng bị đụng độ về tham số
 Sub(p1,p1); một khi tham số hình thức được copy trở lại thì 
lần copy sau cũng thể hiện trị của p1

 NNLT hỗ trợ : Ada
21
Truyền tham trị & kết quả - Inout Mode

 Sự kết hợp truyền trị và truyền kết quả (pass-by-value 
and pass-by-result)

 Tham số hình thức cần khơng gian lưu trữ cục bộ

 Tham số hình thức phải là 1 biến (cĩ ơ nhớ), copy trị

 Giá trị cuối cùng của tham số hình thức được copy 
cho tham số thực

 Khuyết điểm:
 Các khuyết điểm của truyền tham trị
 Các khuyết điểm của truyền kết quả

 NNLT hỗ trợ : Fortran
22
Truyền tham trị & kết quả (tt) 
{ c : array [1..10] of integer;
m,n: integer;
procedure r(k,j: integer);
begin
k:=k+1; 
j:= j+2;
end;
begin
/* set c[m] = m*
m := 2;
r(m,c[m]);
write(c[1],c[2],..,c[10]); /* Gía trị của c[2] hay c[3] bị thay đổi */
}
23
Truyền quy chiếu - Pass by Reference

 Cách cài đặt thứ 2 của Inout Mode

 Truyền bằng 1 đường dẫn, cĩ thể địa chỉ ơ nhớ

 Tham số hình thức là pointer

 Hiệu quả hơn (khơng cần khơng gian lưu trữ)

 Khuyết điểm
 Truy xuất chậm hơn (so sánh với truyền tham trị)
 Cĩ thể gặp vấn đề biệt danh (alias) khơng mong đợi 
bởi vì các truy xuất là khơng cục bộ. VD trong C 
void fun(int &first, int &second) lúc gọi fun(total,total)
24
Cài đặt các cách truyền tham số

 Hầu hết các NNLT điều dùng stack để xây dựng 
cơ chế truyền tham số

 Truyền tham trị sẽ copy giá trị của tham số thực 
vào trong stack tương ứng giá trị của tham số hình 
thức

 Truyền tham trị-kết quả thì giá trị của tham số 
hình thức được lưu trong stack và sẽ trả về cho 
tham số thực

 Truyền quy chiếu là đơn giản nhất, chỉ cần lưu địa 
chỉ ơ nhớ vào trong stack
25
Cài đặt các cách truyền tham số
Hàm Main gọi sub(w, x, y, z) : w truyền tham trị, x truyền kết 
quả, y truyền tham trị-kết quả, z truyền quy chiếu
26
Cách truyền tham số trong các NNLT

 Fortran
 Luơn dùng mơ hình Inout
 Trước Fortran 77: truyền quy chiếu
 Từ fortran 77 trở về sau: truyền kết quả

 C
 Truyền tham trị
 Truyền quy chiếu với tham số hình thức khai báo kiểu con trỏ

 C++
 Truyền tham trị 
 Truyền quy chiếu với tham số hình thức khai báo kiểu con trỏ
 Tham số đối tượng truyền quy chiếu

 Java
 Tất cả tham số đều truyền tham trị
 Tham số đối tượng truyền quy chiếu
27
Cách truyền tham số trong các NNLT

 Ada
 Dùng 3 từ khĩa để xác định cách truyền tham số : in, 
out, in out; mặc định là in
 Cĩ thể gán trị cho tham số hình thức được khai báo với 
out nhưng trị đĩ khơng được tham khảo, cịn những tham 
số được khai báo với in thì khơng trả về trị; tham số với 
in out thì truyền tham trị và trả về kết quả

 C#
 Mặc định là truyền tham trị
 Truyền tham số được xác định trong cả tham số hình thức 
và tham số thực bởi từ khĩa ref

 PHP: Giống như C#

 Perl: tất các các tham số thực điều được đặt sau @_
28
Kiểm tra kiểu các tham số

 Kiểm tra kiểu của các tham số là rất cần thiết (for 
reliability)

 FORTRAN 77 và original C: khơng kiểm tra

 Pascal, FORTRAN 90, Java, và Ada: luơn luơn 
kiểm tra kiểu

 ANSI C và C++: Tùy thuộc vào người dùng
 Prototypes : khai báo hàm
Double sin(x) Double sin (double x){.}
double x; {}

 Perl, JavaScript, và PHP thì khơng kiểm tra kiểu
29
Tham số là mãng nhiều chiều

 Nếu tham số của CTC là mãng nhiều và CTC và 
CT gọi CTC được dịch độc lập thì chương trình 
dịch cần khai báo kích thước của mãng để xây 
dựng các chỉ số index
30
Tham số mãng nhiều chiều: C và C++

 Yêu câu người dùng phải chỉ rõ số cột trong tham 
số hình thức đối với mãng 2 chiều
 void fun(int matrix[][10]);

 CTC khơng được linh hoạt

 Giải pháp: dùng biến con trỏ trỏ đến mãng và 
kích thước của các chiều thì truyền bằng cách 
tham số khác ~ người dùng phải chỉ ra kích thước 
lưu trữ của mãng thơng qua các tham số
 VD void(float *mat_ptr, int num_rows, 
int num_cols);
31
Tham số là mãng nhiều chiều : Java 
và C#

 Mãng là 1 đối tượng, do đĩ tất cả các mãng đều 1 
chiều nhưng từng phần tử cĩ thể là mãng

 Mỗi mãng thừa kế 1 hằng số (length trong 
Java, Length trong C#) được xem là chiều dài 
của mãng ngay lúc khởi tạo
32
Chọn cách truyền tham số

 Hai cân nhắc quan trọng
 Tính hiệu quả
 Truyền một chiều hay truyền 2 chiều

 Nghịch lý
 Người ta khuyên là nên hạn chế truy xuất các biến, tức 
là nên dùng truyền 1 chiều nhiều nhất cĩ thể
 Nhưng truyền tham quy chiếu là cách hiệu quả nhất
33
Tham số là tên của CTC

 Mội vài NNLT cho phép dùng tên của CTC như 
là một tham số

 VD hàm integral
procedure integrate(function (fun(x : 
real) : real; lbound, rbound : real);

 C và C++: khơng hỗ trợ cơ chế dùng tên hàm 
như tham số
34
Tham số là tên của CTC - javaScript
function sub1(){
var x;
function sub2(){
alert(x)
};
function sub3(){
var x; x = 3;
sub4(sub2);
}
function sub4(subx){
var x; x= 4;
subx();
};
x=1;
sub3();
};
Giá trị của x là bao nhiêu 4 hay 1 trong ngơn 
ngữ phạm vi động và liên kết cạn và liên kết sâu
35
Chương trình con đa năng

 Hầu hết các NNLT điều cĩ các phép tốn đa năng

 Chương trình con đa năng là CTC cĩ cùng tên với 
hàm cĩ sẵn trong cùng một phạm vi
 Tất cả các phiên bản đều cĩ chung 1 protocol

 Trình biên dịch chọn phiên bản thích hợp dựa trên các 
tham số của hàm

 Ada, Java, C++, và C# cho phép người dùng viết 
nhiều phiên bản của CTC chùng tên nhau

 C++, Java, C#, và Ada cho phép thêm vào các CTC 
đa năng (VD tốn tử)
36
Chương trình con đa năng (tt)

 VD ba hàm trả về trị tuyệt đối của một tham số
int MyAbs(int X) {
return abs(X);
}
long MyAbs(long X){
return labs(X);
}
double MyAbs(double X){
return fabs(X);
}
 int a; long b; MyAbs(a); MyAbs(b) : trình biên 
dịch dựa vào kiểu của tham số để xác định phiên bản thích hợp 
37
Chương trình con chung

 CTC chung (generic) hay đa hình (polymorphic) là 
một tên CTC cĩ thể chấp nhận các tham số cĩ nhiều 
kiểu khác nhau

 CTC đa năng là trường hợp đặc biệt của CTC chung

 Các tham số chung dùng để mơ tả các kiểu khác nhau 
gọi là tham số đa hình (parametric polymorphism)
38
VD tính đa hình của CTC: C++

 ðịnh nghĩa 1 template
template 
Type max(Type first, Type second) {
return first > second ? first : second;
}

 Template trên cĩ thể đại diện cho phép tốn so sánh 
lớn hơn “>” với tất các kiểu của khác nhau
 int a,b,c; char c,d,f; 
 C = max(a,b); f=max(d,e);

 VD so sánh cho kiểu integer thơng thường
int max (int first, int second) {
return first > second? first : second;
}
39
VD tính đa hình của CTC: C++ (tt)
template 
void generic_sort (Type list[], int len){
int top, bottom;
Type temp;
for(top=0;top<len-2;top++)
for(bottom=top+1;bottom<len-1;bottom++)
if(list[top]>list[bottom]){
temp = list[top];
list[top] = list[bottom];
list[top] = temp:
}/*end of if*/
}/*end of generic_sort*/ 
40
Khi thiết kế hàm : các yếu tố

 Cĩ cho phép hiệu ứng lề khơng?
 Các tham số nên ở in-mode để giảm hiệu ứng lề (như 
Ada)

 Cho phép giá trị trả về cĩ kiểu gì?
 Hầu hết các NNLT điều giới hạn kiểu trả về
 C cho phép trả về với bất cứ kiểu gì trừ kiểu mãng
 C++ cũng giống như C nhưng bao gồm luơn cả kiểu do 
người dùng định nghĩa
 Ada cho phép tất cả các kiểu
 Java và C# khơng cĩ hàm nhưng các methods cĩ thể trả 
về bất kỳ kiểu gì?
41
Phép tốn đa nghĩa: do người dùng 
cài đặt

 Ada và C++ cho phép người dùng cài đặt các phép tốn 
đa nghĩa

 VD trong Ada
Function “*”(A,B: in Vec_Type): return Integer is
Sum: Integer := 0;
begin
for Index in A’range loop
Sum := Sum + A(Index) * B(Index)
end loop
return sum;
end “*”;
c = a * b; -- a, b, and c are of type Vec_Type
42
Sự đang xen (Coroutines)

 Xự đang xen là một CTC cĩ nhiều điểm vào 
(multiple entries ) và điều khiển lẫn nhau

 Chương trình gọi (caller) và bị gọi (called) gọi đang 
xem lẫn nhau

 Cịn được gọi là điều khiển đối xứng (symmetric 
control)

 Sự gọi đang xen được đặt tên là resume

 Sự đang xen cĩ thể lập đi lập lại và cĩ thể khơng 
dừng
43
Minh họa sự đang xen: trường hợp 1
44
Minh họa sự đang xen: trường hợp 2