1

UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

CURS

PROGRAMARE MODULARĂ

CONF DR ING STOICUȚA OLIMPIU - COSTINEL

2019

2

Capitolul 1

11 Noțiunea de subprogram

Subprogramul este o secvenţă de instrucţiuni care rezolvă o anumită sarcină şi care poate fi

descrisă separat de blocul rădăcină şi lansată icircn execuţie din cadrul unui bloc ori de cacircte ori este

nevoie Icircn limbajul C++ subprogramele se mai numesc şi funcţii

Un subprogram este un ansamblu ce poate conţine tipuri de date variabile şi instrucţiuni

destinate unei anumite prelucrări (calcule citiri scrieri)

Subprogramul poate fi executat doar dacă este apelat de către un program sau un alt subprogram

Avantajele utilizării subprogramelor icircn cadrul unor aplicații sunt

permite economisirea de memorie şi de timp alocat Un grup de instrucţiuni care trebuie să se

execute de mai multe ori icircntr-o aplicaţie (chiar cu date de intrare şi de ieşire diferite) se va scrie o

singură dată icircntr-un subprogram şi se va executa prin apelarea subprogramului ori de cacircte ori este

nevoie

permite lucrul icircn echipă la rezolvarea unor sarcini complexe pentru aplicaţiile mari Fiecare

programator va putea să scrie mai multe subprograme independent de ceilalţi programatori din

echipă Pentru a realiza subprogramul este suficient să i se precizeze programatorului

specificaţiile subprogramului datele de intrare datele de ieşire şi problema pe care trebuie să o

rezolve

depanarea şi actualizarea aplicaţiei se fac mai uşor După implementare şi intrarea icircn

exploatare curentă o aplicaţie poate necesita modificări ca urmare a schimbării unor cerinţe

Este mult mai simplu să se gacircndească modificarea la nivelul unui subprogram decacirct la nivelul

icircntregii aplicții

creşte portabilitatea programelor Subprogramele sunt concepute independent de restul

aplicaţiei şi unele dintre ele pot fi preluate fără un efort prea mare şi icircn alte aplicaţii icircn care

trebuie să fie rezolvate sarcini similare

O parte din subprogram se contruieşte ca subprogram dacă un algoritm cuprinde icircn mai multe

locuri aceeaşi secvenţă de operaţii executabilă pentru aceleaşi date sau pentru date diferite Icircn loc ca

subprogramul să cuprindă icircn acelaşi loc acelaşi grup de instrucţiuni concepacircnd grupul de intrucţiuni ca

subprogram el va apărea icircn program o singură dată şi se va activa de mai multe ori Partea respectivă de

program rezolvă o subproblemă din cele icircn care se descompune problema complexă

De exemplu considerăm următoarea secvenţă de program care memorează icircn variabila max

valoarea maximă dintre valorile variabilelor icircntregi a b și c

Din cadrul programului de mai sus se observă că cele două instrucţiuni condiţionale

(instrucțiunile if) realizează acelaşi lucru determină valoarea maximă dintre două numere icircntregi

Procesul de calcul este acelaşi diferă doar valorile numerelor icircntregi pentru care se execută cele două

instrucțiuni

Pe de altă parte determinarea maximului dintre două numere icircntregi se poate modela matematic

ca o funcţie

3

Icircn aceste condiții secțiunea de program ce calculează maximul dintre 3 numere icircntregi se poate

scrie astfel

12 Tipuri de subprograme

Clasificarea subprogramelor

Subprograme standard (subprograme de sistem) ndash utilizarea lor presupune includerea fişierului

ce conţine prototipul dorit şi apelarea subprogramului Aceste subprograme sunt predefinite icircn

biblioteci ale limbajului de programare (Exemplu include ltcmathgt include un set de funcții

utilizate icircn realizarea operațiilor și transformărilor matematice obijnuite funcții trigonometrice

funcții hiperbolice funcții exponențiale și logaritmice funcțiile putere pow sqrt funcții de

eroare funcții de rotunjire și rest funcții de manipulare cu punct flotant funcții de diferență ndash

minim ndashmaxim)

Subprograme definite de utilizator ndash sunt descrise de progamator pentru rezolvarea unor cerinţe

specifice Utilizarea lor presupune precizarea prototipului definirea şi apelul (a se vedea

exemplu din paragraful anterior)

Subprograme apelate ca instrucţiuni procedurale ndash returnează una mai multe sau nici o valoare

prin intermediul parametrilor Exemple de apeluri de funcţii procedurale implementate icircn

limbajul C++

o clrscr ( ) Apelul unei funcţii procedurale fără parametri (CLeaR SCReen) care şterge

informaţiile afişate pe ecranul calculatorului

o randomize ( ) Apelul unei funcţii procedurale fără parametri care iniţializează

generatorul de numere aleatoare

o swab(s1s2n) Apelul unei funcţii procedurale cu trei parametri copiază n caractere (n

fiind un număr par) din şirul de caractere s1 la icircnceputul şirului de caractere s2

inversacircnd caracterele adiacente Parametrul s2 este un parametru de intrare-ieşire iar

parametrii s1 şi n sunt parametri de intrare

o gotoxy(xy) Apelul unei funcţii procedurale cu doi parametri icircn modul de lucru text

mută cursorul icircn fereastra de text curentă icircn poziţia precizată prin coordonatele x şi y

Parametrii x şi y sunt parametri de intrare

Subprograme apelate ca operanzi ndash returnează un rezultat chiar prin numele său şi eventual alte

rezultate prin parametri Subprogramul se activează icircn interiorul unei expresii unde este folosit

ca operand Exemple de apeluri de funcţii operand implementate icircn limbajul C++

o x=35 e=5+floor(x) La calculul expresiei care se atribuie variabilei e se activează

funcţia floor() prin care se determină cel mai mare icircntreg mai mic decacirct valoarea

parametrului Funcţia are un singur parametru ndash x care este parametru de intrare şi are

valoarea 35 Rezultatul (data de ieşire) este furnizat prin numele funcţiei şi are valoarea

3 Aşadar variabilei de memorie e i se va atribui valoarea 8 (5+3)

o for (i=0ilt=sqrt(n)i++) La calculul expresiei ce se atribuie valorii finale a contorului

structurii repetitive for se activează funcţia sqrt(n) care furnizează radicalul de ordinul 2

4

din valoarea parametrului Funcţia are un singur parametru ndash n care este parametru de

intrare

o x = sqrt (pow(32)+ pow(42)) La calculul expresiei care se atribuie variabilei x se

activează de două ori funcţia pow() o dată pentru a calcula 3 la puterea 2 returnacircnd

valoarea 9 şi o dată pentru a calcula 4 la puterea 2 returnacircnd valoarea 16 Funcţia pow()

are doi parametri de intrare primul este baza iar al doilea este exponentul Rezultatul

este furnizat prin numele funcţiei Rezultatul obţinut prin evaluarea expresiei 9+16 = 25

va fi parametru de intrare pentru funcţia sqrt()care extrage radicalul de ordinul 2 din

valoarea lui Rezultatul funcţiei sqrt() ndash data de ieşire ndash este furnizat prin numele funcţiei

şi are valoarea 5 El este atribuit variabilei de memorie x Aşadar variabila de memorie x

va avea valoarea 5

13 Structura subprogramelor

Un subprogram (funcţie) are o definiţie şi atacirctea apeluri cacircte sunt necesare

Definiţia unui subprogram reprezintă de fapt descrierea unui proces de calcul cu ajutorul

variabilelor virtuale (parametri formali) iar apelul unui subprogram icircnseamnă execuţia procesului de

calcul pentru cazuri concrete (cu ajutorul parametrilor reali efectivi actuali)

Parametri formali apar icircn antetul subprogramului şi sunt utilizaţi de subprogram pentru

descrierea abstractă a unui proces de calcul

Parametri actuali apar icircn instrucţiunea de apelare a uni subprogram şi sunt folosiţi la execuţia

unui proces de calcul pentru valori concrete

Parametrii formali nu sunt variabile O variabilă este caracterizată de nume tip şi adresă

Legarea unui parametru formal la o adresă se realizează icircn timpul execuţiei instrucţiunii de apelare a

subprogramului

Icircn limbajul C++ există trei elemente implicate icircn utilizarea unui subprogram

definiţia subprogramului ndash conţine numele subprogramului tipul argumentelor şi al valorilor

returnate şi specifică ceea ce trebuie să realizeze subprogramul

prototipul subprogramului ndash comunică compilatorului informaţii despre subprogram (modul icircn

care se poate apela subprogramul)

apelul subprogramului ndash execută subprogramul

Subprogramul se poate identifica printr-un nume care este folosit atacirct pentru definiţia

subprogramului cacirct şi prin prototip şi activarea lui (apelarea lui) Apelarea subprogramului icircn cadrul

unui bloc icircnseamnă activarea subprogramului adică lansarea lui icircn execuţie Subprogramul poate fi

apelat ori de cacircte ori este nevoie (nu există restricţii pentru numărul de apeluri) Modulul apelant se

execută secvenţial (instrucţiune cu instrucţiune) La apelarea subprogramului este părăsit blocul

modulului apelant şi se trece la executarea instrucţiunilor din subprogram După ce se termină

executarea acestor instrucţiuni se revine la blocul apelant şi se continuă execuţia cu instrucţiunea care

urmează apelului

5

Definiţia unui subprogram este formată din antetul şi corpul subprogramului

a Antetul subprogramului Este o linie de recunoaştere a subprogramului icircn care i se atribuie

un nume El specifică icircnceputul subprogramului

Corpul subprogramului La fel ca orice bloc C++ este icircncapsulat icircntr-o instrucţiune compusă

delimitată de caracterele şi este format din două părţi

Partea declarativă Conţine definiţii de elemente folosite numai icircn interiorul subprogramului

tipuri de date constante şi variabile de memorie Nu se pot defini şi alte subprograme (nu

este valabilă tehnica de imbricare a subprogramelor existentă icircn alte limbaje de programare)

Partea executabilă Conţine instrucţiunile prin care sunt descrise acţiunile realizate de

subprogram

Subprogramul trebuie să aibă un antet prin care se precizează interfaţa dintre programul apelant

şi subprogram El conţine trei categorii de informaţii

Tipul rezultatului Pentru funcţiile operand se precizează tipul rezultatului furnizat de

subprogram prin chiar numele său Pentru funcţiile procedurale tipul rezultatului este void

(nu icircntoarce nici un rezultat prin numele său rezultatele vor fi icircntoarse prin parametrii

subprogramului) Dacă nu se precizează tipul rezultatului compilatorul va considera că

acesta este implicit de tip int

Numele subprogramului Este un identificator unic care se atribuie subprogramului

Numele trebuie să respecte aceleaşi reguli ca orice identificator C++ Parametrii folosiţi

pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi tipul

Parametrii folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi

tipul

Antetul unui subprogram are următoarea formă

unde lista de parametrii are următoarea formă

Exemple aferente limbajului C++

float alfa (int a int b float c)

Acesta este antetul unei funcţii operand care furnizează un rezultat de tip float Numele funcţiei

este alfa iar parametrii folosiţi pentru comunicare sunt a şi b de tip int şi c de tip float

void beta (int a float b float c char d)

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este beta iar parametrii folosiţi

pentru comunicare sunt a de tip int b şi c de tip float şi d de tip char

void gama ( )

6

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este gama şi nu foloseşte parametri

pentru comunicare

Observația 1 Separarea parametrilor icircn listă se face prin caracterul virgulă ()

Observația 2 Tipul parametrilor poate fi

orice tip standard al sistemului folosit pentru date elementare

o icircntreg (int unsigned long) real (double float long double) sau caracter (char sau

unsigned char)

o tipul pointer sau orice tip de structură de date (vector matrice şir de caractere sau

icircnregistrare)

orice tip definit de utilizator icircnainte de a defini subprogramul

Observația 3 Numele subprogramului poate fi folosit icircn trei locuri distincte

icircn prototipul subprogramului unde are un rol declarativ

icircn antetul subprogramului unde are un rol de definiţie dar şi declarativ

icircn apelul subprogramului unde are rol de activare

b Corpul subprogramului este un bloc care conţine atacirct instrucţiuni declarative cacirct şi

instrucţiuni imperative Variabilele de memorie declarate icircn corpul subprogramului se

numesc variabile locale Icircn cazul unei funcţii operand ultima instrucţiune din corpul

subprogramului trebuie să fie instrucţiunea return care are sintaxa

Valoarea obţinută prin evaluarea expresiei ltexpresiegt va fi atribuită funcţiei operand (va fi

valoarea returnată prin numele funcţiei) Rezultatul expresiei trebuie să fie de acelaşi tip cu tipul funcţiei

sau de un tip care poate fi convertit implicit icircn tipul funcţiei

Cacircnd compilatorul C++ icircntacirclneşte icircntr-un subprogram instrucţiunea return termină execuţia

subprogramului şi redă controlul modulului apelant Prin urmare dacă veţi scrie icircn subprogram după

instrucţiunea return alte instrucţiuni ele nu vor fi executate

Prototipul subprogramului este o linie de program aflată icircnaintea modulului care apelează

subprogramul prin care se comunică compilatorului informaţii despre subprogram (se declară

subprogramul)

Prin declararea programului compilatorul primeşte informaţii despre modul icircn care se poate

apela subprogramul şi poate face verificări la apelurile de subprogram icircn ceea ce priveşte tipul

parametrilor folosiţi pentru comunicare şi a modului icircn care poate face conversia acestor parametri

Un subprogram pentru a putea fi folosit trebuie declarat Pentru declararea lui se foloseşte

prototipul El conţine trei categorii de informaţii la fel ca şi antetul subprogramului tipul rezultatului

numele subprogramului şi tipul parametrilor folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru din

antetul subprogramului se poate preciza numai tipul nu şi numele lui

Prototipul unui subprogram este de forma

unde lista tipului parametrilor are următoarea forma

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

2

Capitolul 1

11 Noțiunea de subprogram

Subprogramul este o secvenţă de instrucţiuni care rezolvă o anumită sarcină şi care poate fi

descrisă separat de blocul rădăcină şi lansată icircn execuţie din cadrul unui bloc ori de cacircte ori este

nevoie Icircn limbajul C++ subprogramele se mai numesc şi funcţii

Un subprogram este un ansamblu ce poate conţine tipuri de date variabile şi instrucţiuni

destinate unei anumite prelucrări (calcule citiri scrieri)

Subprogramul poate fi executat doar dacă este apelat de către un program sau un alt subprogram

Avantajele utilizării subprogramelor icircn cadrul unor aplicații sunt

permite economisirea de memorie şi de timp alocat Un grup de instrucţiuni care trebuie să se

execute de mai multe ori icircntr-o aplicaţie (chiar cu date de intrare şi de ieşire diferite) se va scrie o

singură dată icircntr-un subprogram şi se va executa prin apelarea subprogramului ori de cacircte ori este

nevoie

permite lucrul icircn echipă la rezolvarea unor sarcini complexe pentru aplicaţiile mari Fiecare

programator va putea să scrie mai multe subprograme independent de ceilalţi programatori din

echipă Pentru a realiza subprogramul este suficient să i se precizeze programatorului

specificaţiile subprogramului datele de intrare datele de ieşire şi problema pe care trebuie să o

rezolve

depanarea şi actualizarea aplicaţiei se fac mai uşor După implementare şi intrarea icircn

exploatare curentă o aplicaţie poate necesita modificări ca urmare a schimbării unor cerinţe

Este mult mai simplu să se gacircndească modificarea la nivelul unui subprogram decacirct la nivelul

icircntregii aplicții

creşte portabilitatea programelor Subprogramele sunt concepute independent de restul

aplicaţiei şi unele dintre ele pot fi preluate fără un efort prea mare şi icircn alte aplicaţii icircn care

trebuie să fie rezolvate sarcini similare

O parte din subprogram se contruieşte ca subprogram dacă un algoritm cuprinde icircn mai multe

locuri aceeaşi secvenţă de operaţii executabilă pentru aceleaşi date sau pentru date diferite Icircn loc ca

subprogramul să cuprindă icircn acelaşi loc acelaşi grup de instrucţiuni concepacircnd grupul de intrucţiuni ca

subprogram el va apărea icircn program o singură dată şi se va activa de mai multe ori Partea respectivă de

program rezolvă o subproblemă din cele icircn care se descompune problema complexă

De exemplu considerăm următoarea secvenţă de program care memorează icircn variabila max

valoarea maximă dintre valorile variabilelor icircntregi a b și c

Din cadrul programului de mai sus se observă că cele două instrucţiuni condiţionale

(instrucțiunile if) realizează acelaşi lucru determină valoarea maximă dintre două numere icircntregi

Procesul de calcul este acelaşi diferă doar valorile numerelor icircntregi pentru care se execută cele două

instrucțiuni

Pe de altă parte determinarea maximului dintre două numere icircntregi se poate modela matematic

ca o funcţie

3

Icircn aceste condiții secțiunea de program ce calculează maximul dintre 3 numere icircntregi se poate

scrie astfel

12 Tipuri de subprograme

Clasificarea subprogramelor

Subprograme standard (subprograme de sistem) ndash utilizarea lor presupune includerea fişierului

ce conţine prototipul dorit şi apelarea subprogramului Aceste subprograme sunt predefinite icircn

biblioteci ale limbajului de programare (Exemplu include ltcmathgt include un set de funcții

utilizate icircn realizarea operațiilor și transformărilor matematice obijnuite funcții trigonometrice

funcții hiperbolice funcții exponențiale și logaritmice funcțiile putere pow sqrt funcții de

eroare funcții de rotunjire și rest funcții de manipulare cu punct flotant funcții de diferență ndash

minim ndashmaxim)

Subprograme definite de utilizator ndash sunt descrise de progamator pentru rezolvarea unor cerinţe

specifice Utilizarea lor presupune precizarea prototipului definirea şi apelul (a se vedea

exemplu din paragraful anterior)

Subprograme apelate ca instrucţiuni procedurale ndash returnează una mai multe sau nici o valoare

prin intermediul parametrilor Exemple de apeluri de funcţii procedurale implementate icircn

limbajul C++

o clrscr ( ) Apelul unei funcţii procedurale fără parametri (CLeaR SCReen) care şterge

informaţiile afişate pe ecranul calculatorului

o randomize ( ) Apelul unei funcţii procedurale fără parametri care iniţializează

generatorul de numere aleatoare

o swab(s1s2n) Apelul unei funcţii procedurale cu trei parametri copiază n caractere (n

fiind un număr par) din şirul de caractere s1 la icircnceputul şirului de caractere s2

inversacircnd caracterele adiacente Parametrul s2 este un parametru de intrare-ieşire iar

parametrii s1 şi n sunt parametri de intrare

o gotoxy(xy) Apelul unei funcţii procedurale cu doi parametri icircn modul de lucru text

mută cursorul icircn fereastra de text curentă icircn poziţia precizată prin coordonatele x şi y

Parametrii x şi y sunt parametri de intrare

Subprograme apelate ca operanzi ndash returnează un rezultat chiar prin numele său şi eventual alte

rezultate prin parametri Subprogramul se activează icircn interiorul unei expresii unde este folosit

ca operand Exemple de apeluri de funcţii operand implementate icircn limbajul C++

o x=35 e=5+floor(x) La calculul expresiei care se atribuie variabilei e se activează

funcţia floor() prin care se determină cel mai mare icircntreg mai mic decacirct valoarea

parametrului Funcţia are un singur parametru ndash x care este parametru de intrare şi are

valoarea 35 Rezultatul (data de ieşire) este furnizat prin numele funcţiei şi are valoarea

3 Aşadar variabilei de memorie e i se va atribui valoarea 8 (5+3)

o for (i=0ilt=sqrt(n)i++) La calculul expresiei ce se atribuie valorii finale a contorului

structurii repetitive for se activează funcţia sqrt(n) care furnizează radicalul de ordinul 2

4

din valoarea parametrului Funcţia are un singur parametru ndash n care este parametru de

intrare

o x = sqrt (pow(32)+ pow(42)) La calculul expresiei care se atribuie variabilei x se

activează de două ori funcţia pow() o dată pentru a calcula 3 la puterea 2 returnacircnd

valoarea 9 şi o dată pentru a calcula 4 la puterea 2 returnacircnd valoarea 16 Funcţia pow()

are doi parametri de intrare primul este baza iar al doilea este exponentul Rezultatul

este furnizat prin numele funcţiei Rezultatul obţinut prin evaluarea expresiei 9+16 = 25

va fi parametru de intrare pentru funcţia sqrt()care extrage radicalul de ordinul 2 din

valoarea lui Rezultatul funcţiei sqrt() ndash data de ieşire ndash este furnizat prin numele funcţiei

şi are valoarea 5 El este atribuit variabilei de memorie x Aşadar variabila de memorie x

va avea valoarea 5

13 Structura subprogramelor

Un subprogram (funcţie) are o definiţie şi atacirctea apeluri cacircte sunt necesare

Definiţia unui subprogram reprezintă de fapt descrierea unui proces de calcul cu ajutorul

variabilelor virtuale (parametri formali) iar apelul unui subprogram icircnseamnă execuţia procesului de

calcul pentru cazuri concrete (cu ajutorul parametrilor reali efectivi actuali)

Parametri formali apar icircn antetul subprogramului şi sunt utilizaţi de subprogram pentru

descrierea abstractă a unui proces de calcul

Parametri actuali apar icircn instrucţiunea de apelare a uni subprogram şi sunt folosiţi la execuţia

unui proces de calcul pentru valori concrete

Parametrii formali nu sunt variabile O variabilă este caracterizată de nume tip şi adresă

Legarea unui parametru formal la o adresă se realizează icircn timpul execuţiei instrucţiunii de apelare a

subprogramului

Icircn limbajul C++ există trei elemente implicate icircn utilizarea unui subprogram

definiţia subprogramului ndash conţine numele subprogramului tipul argumentelor şi al valorilor

returnate şi specifică ceea ce trebuie să realizeze subprogramul

prototipul subprogramului ndash comunică compilatorului informaţii despre subprogram (modul icircn

care se poate apela subprogramul)

apelul subprogramului ndash execută subprogramul

Subprogramul se poate identifica printr-un nume care este folosit atacirct pentru definiţia

subprogramului cacirct şi prin prototip şi activarea lui (apelarea lui) Apelarea subprogramului icircn cadrul

unui bloc icircnseamnă activarea subprogramului adică lansarea lui icircn execuţie Subprogramul poate fi

apelat ori de cacircte ori este nevoie (nu există restricţii pentru numărul de apeluri) Modulul apelant se

execută secvenţial (instrucţiune cu instrucţiune) La apelarea subprogramului este părăsit blocul

modulului apelant şi se trece la executarea instrucţiunilor din subprogram După ce se termină

executarea acestor instrucţiuni se revine la blocul apelant şi se continuă execuţia cu instrucţiunea care

urmează apelului

5

Definiţia unui subprogram este formată din antetul şi corpul subprogramului

a Antetul subprogramului Este o linie de recunoaştere a subprogramului icircn care i se atribuie

un nume El specifică icircnceputul subprogramului

Corpul subprogramului La fel ca orice bloc C++ este icircncapsulat icircntr-o instrucţiune compusă

delimitată de caracterele şi este format din două părţi

Partea declarativă Conţine definiţii de elemente folosite numai icircn interiorul subprogramului

tipuri de date constante şi variabile de memorie Nu se pot defini şi alte subprograme (nu

este valabilă tehnica de imbricare a subprogramelor existentă icircn alte limbaje de programare)

Partea executabilă Conţine instrucţiunile prin care sunt descrise acţiunile realizate de

subprogram

Subprogramul trebuie să aibă un antet prin care se precizează interfaţa dintre programul apelant

şi subprogram El conţine trei categorii de informaţii

Tipul rezultatului Pentru funcţiile operand se precizează tipul rezultatului furnizat de

subprogram prin chiar numele său Pentru funcţiile procedurale tipul rezultatului este void

(nu icircntoarce nici un rezultat prin numele său rezultatele vor fi icircntoarse prin parametrii

subprogramului) Dacă nu se precizează tipul rezultatului compilatorul va considera că

acesta este implicit de tip int

Numele subprogramului Este un identificator unic care se atribuie subprogramului

Numele trebuie să respecte aceleaşi reguli ca orice identificator C++ Parametrii folosiţi

pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi tipul

Parametrii folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi

tipul

Antetul unui subprogram are următoarea formă

unde lista de parametrii are următoarea formă

Exemple aferente limbajului C++

float alfa (int a int b float c)

Acesta este antetul unei funcţii operand care furnizează un rezultat de tip float Numele funcţiei

este alfa iar parametrii folosiţi pentru comunicare sunt a şi b de tip int şi c de tip float

void beta (int a float b float c char d)

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este beta iar parametrii folosiţi

pentru comunicare sunt a de tip int b şi c de tip float şi d de tip char

void gama ( )

6

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este gama şi nu foloseşte parametri

pentru comunicare

Observația 1 Separarea parametrilor icircn listă se face prin caracterul virgulă ()

Observația 2 Tipul parametrilor poate fi

orice tip standard al sistemului folosit pentru date elementare

o icircntreg (int unsigned long) real (double float long double) sau caracter (char sau

unsigned char)

o tipul pointer sau orice tip de structură de date (vector matrice şir de caractere sau

icircnregistrare)

orice tip definit de utilizator icircnainte de a defini subprogramul

Observația 3 Numele subprogramului poate fi folosit icircn trei locuri distincte

icircn prototipul subprogramului unde are un rol declarativ

icircn antetul subprogramului unde are un rol de definiţie dar şi declarativ

icircn apelul subprogramului unde are rol de activare

b Corpul subprogramului este un bloc care conţine atacirct instrucţiuni declarative cacirct şi

instrucţiuni imperative Variabilele de memorie declarate icircn corpul subprogramului se

numesc variabile locale Icircn cazul unei funcţii operand ultima instrucţiune din corpul

subprogramului trebuie să fie instrucţiunea return care are sintaxa

Valoarea obţinută prin evaluarea expresiei ltexpresiegt va fi atribuită funcţiei operand (va fi

valoarea returnată prin numele funcţiei) Rezultatul expresiei trebuie să fie de acelaşi tip cu tipul funcţiei

sau de un tip care poate fi convertit implicit icircn tipul funcţiei

Cacircnd compilatorul C++ icircntacirclneşte icircntr-un subprogram instrucţiunea return termină execuţia

subprogramului şi redă controlul modulului apelant Prin urmare dacă veţi scrie icircn subprogram după

instrucţiunea return alte instrucţiuni ele nu vor fi executate

Prototipul subprogramului este o linie de program aflată icircnaintea modulului care apelează

subprogramul prin care se comunică compilatorului informaţii despre subprogram (se declară

subprogramul)

Prin declararea programului compilatorul primeşte informaţii despre modul icircn care se poate

apela subprogramul şi poate face verificări la apelurile de subprogram icircn ceea ce priveşte tipul

parametrilor folosiţi pentru comunicare şi a modului icircn care poate face conversia acestor parametri

Un subprogram pentru a putea fi folosit trebuie declarat Pentru declararea lui se foloseşte

prototipul El conţine trei categorii de informaţii la fel ca şi antetul subprogramului tipul rezultatului

numele subprogramului şi tipul parametrilor folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru din

antetul subprogramului se poate preciza numai tipul nu şi numele lui

Prototipul unui subprogram este de forma

unde lista tipului parametrilor are următoarea forma

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

3

Icircn aceste condiții secțiunea de program ce calculează maximul dintre 3 numere icircntregi se poate

scrie astfel

12 Tipuri de subprograme

Clasificarea subprogramelor

Subprograme standard (subprograme de sistem) ndash utilizarea lor presupune includerea fişierului

ce conţine prototipul dorit şi apelarea subprogramului Aceste subprograme sunt predefinite icircn

biblioteci ale limbajului de programare (Exemplu include ltcmathgt include un set de funcții

utilizate icircn realizarea operațiilor și transformărilor matematice obijnuite funcții trigonometrice

funcții hiperbolice funcții exponențiale și logaritmice funcțiile putere pow sqrt funcții de

eroare funcții de rotunjire și rest funcții de manipulare cu punct flotant funcții de diferență ndash

minim ndashmaxim)

Subprograme definite de utilizator ndash sunt descrise de progamator pentru rezolvarea unor cerinţe

specifice Utilizarea lor presupune precizarea prototipului definirea şi apelul (a se vedea

exemplu din paragraful anterior)

Subprograme apelate ca instrucţiuni procedurale ndash returnează una mai multe sau nici o valoare

prin intermediul parametrilor Exemple de apeluri de funcţii procedurale implementate icircn

limbajul C++

o clrscr ( ) Apelul unei funcţii procedurale fără parametri (CLeaR SCReen) care şterge

informaţiile afişate pe ecranul calculatorului

o randomize ( ) Apelul unei funcţii procedurale fără parametri care iniţializează

generatorul de numere aleatoare

o swab(s1s2n) Apelul unei funcţii procedurale cu trei parametri copiază n caractere (n

fiind un număr par) din şirul de caractere s1 la icircnceputul şirului de caractere s2

inversacircnd caracterele adiacente Parametrul s2 este un parametru de intrare-ieşire iar

parametrii s1 şi n sunt parametri de intrare

o gotoxy(xy) Apelul unei funcţii procedurale cu doi parametri icircn modul de lucru text

mută cursorul icircn fereastra de text curentă icircn poziţia precizată prin coordonatele x şi y

Parametrii x şi y sunt parametri de intrare

Subprograme apelate ca operanzi ndash returnează un rezultat chiar prin numele său şi eventual alte

rezultate prin parametri Subprogramul se activează icircn interiorul unei expresii unde este folosit

ca operand Exemple de apeluri de funcţii operand implementate icircn limbajul C++

o x=35 e=5+floor(x) La calculul expresiei care se atribuie variabilei e se activează

funcţia floor() prin care se determină cel mai mare icircntreg mai mic decacirct valoarea

parametrului Funcţia are un singur parametru ndash x care este parametru de intrare şi are

valoarea 35 Rezultatul (data de ieşire) este furnizat prin numele funcţiei şi are valoarea

3 Aşadar variabilei de memorie e i se va atribui valoarea 8 (5+3)

o for (i=0ilt=sqrt(n)i++) La calculul expresiei ce se atribuie valorii finale a contorului

structurii repetitive for se activează funcţia sqrt(n) care furnizează radicalul de ordinul 2

4

din valoarea parametrului Funcţia are un singur parametru ndash n care este parametru de

intrare

o x = sqrt (pow(32)+ pow(42)) La calculul expresiei care se atribuie variabilei x se

activează de două ori funcţia pow() o dată pentru a calcula 3 la puterea 2 returnacircnd

valoarea 9 şi o dată pentru a calcula 4 la puterea 2 returnacircnd valoarea 16 Funcţia pow()

are doi parametri de intrare primul este baza iar al doilea este exponentul Rezultatul

este furnizat prin numele funcţiei Rezultatul obţinut prin evaluarea expresiei 9+16 = 25

va fi parametru de intrare pentru funcţia sqrt()care extrage radicalul de ordinul 2 din

valoarea lui Rezultatul funcţiei sqrt() ndash data de ieşire ndash este furnizat prin numele funcţiei

şi are valoarea 5 El este atribuit variabilei de memorie x Aşadar variabila de memorie x

va avea valoarea 5

13 Structura subprogramelor

Un subprogram (funcţie) are o definiţie şi atacirctea apeluri cacircte sunt necesare

Definiţia unui subprogram reprezintă de fapt descrierea unui proces de calcul cu ajutorul

variabilelor virtuale (parametri formali) iar apelul unui subprogram icircnseamnă execuţia procesului de

calcul pentru cazuri concrete (cu ajutorul parametrilor reali efectivi actuali)

Parametri formali apar icircn antetul subprogramului şi sunt utilizaţi de subprogram pentru

descrierea abstractă a unui proces de calcul

Parametri actuali apar icircn instrucţiunea de apelare a uni subprogram şi sunt folosiţi la execuţia

unui proces de calcul pentru valori concrete

Parametrii formali nu sunt variabile O variabilă este caracterizată de nume tip şi adresă

Legarea unui parametru formal la o adresă se realizează icircn timpul execuţiei instrucţiunii de apelare a

subprogramului

Icircn limbajul C++ există trei elemente implicate icircn utilizarea unui subprogram

definiţia subprogramului ndash conţine numele subprogramului tipul argumentelor şi al valorilor

returnate şi specifică ceea ce trebuie să realizeze subprogramul

prototipul subprogramului ndash comunică compilatorului informaţii despre subprogram (modul icircn

care se poate apela subprogramul)

apelul subprogramului ndash execută subprogramul

Subprogramul se poate identifica printr-un nume care este folosit atacirct pentru definiţia

subprogramului cacirct şi prin prototip şi activarea lui (apelarea lui) Apelarea subprogramului icircn cadrul

unui bloc icircnseamnă activarea subprogramului adică lansarea lui icircn execuţie Subprogramul poate fi

apelat ori de cacircte ori este nevoie (nu există restricţii pentru numărul de apeluri) Modulul apelant se

execută secvenţial (instrucţiune cu instrucţiune) La apelarea subprogramului este părăsit blocul

modulului apelant şi se trece la executarea instrucţiunilor din subprogram După ce se termină

executarea acestor instrucţiuni se revine la blocul apelant şi se continuă execuţia cu instrucţiunea care

urmează apelului

5

Definiţia unui subprogram este formată din antetul şi corpul subprogramului

a Antetul subprogramului Este o linie de recunoaştere a subprogramului icircn care i se atribuie

un nume El specifică icircnceputul subprogramului

Corpul subprogramului La fel ca orice bloc C++ este icircncapsulat icircntr-o instrucţiune compusă

delimitată de caracterele şi este format din două părţi

Partea declarativă Conţine definiţii de elemente folosite numai icircn interiorul subprogramului

tipuri de date constante şi variabile de memorie Nu se pot defini şi alte subprograme (nu

este valabilă tehnica de imbricare a subprogramelor existentă icircn alte limbaje de programare)

Partea executabilă Conţine instrucţiunile prin care sunt descrise acţiunile realizate de

subprogram

Subprogramul trebuie să aibă un antet prin care se precizează interfaţa dintre programul apelant

şi subprogram El conţine trei categorii de informaţii

Tipul rezultatului Pentru funcţiile operand se precizează tipul rezultatului furnizat de

subprogram prin chiar numele său Pentru funcţiile procedurale tipul rezultatului este void

(nu icircntoarce nici un rezultat prin numele său rezultatele vor fi icircntoarse prin parametrii

subprogramului) Dacă nu se precizează tipul rezultatului compilatorul va considera că

acesta este implicit de tip int

Numele subprogramului Este un identificator unic care se atribuie subprogramului

Numele trebuie să respecte aceleaşi reguli ca orice identificator C++ Parametrii folosiţi

pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi tipul

Parametrii folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi

tipul

Antetul unui subprogram are următoarea formă

unde lista de parametrii are următoarea formă

Exemple aferente limbajului C++

float alfa (int a int b float c)

Acesta este antetul unei funcţii operand care furnizează un rezultat de tip float Numele funcţiei

este alfa iar parametrii folosiţi pentru comunicare sunt a şi b de tip int şi c de tip float

void beta (int a float b float c char d)

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este beta iar parametrii folosiţi

pentru comunicare sunt a de tip int b şi c de tip float şi d de tip char

void gama ( )

6

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este gama şi nu foloseşte parametri

pentru comunicare

Observația 1 Separarea parametrilor icircn listă se face prin caracterul virgulă ()

Observația 2 Tipul parametrilor poate fi

orice tip standard al sistemului folosit pentru date elementare

o icircntreg (int unsigned long) real (double float long double) sau caracter (char sau

unsigned char)

o tipul pointer sau orice tip de structură de date (vector matrice şir de caractere sau

icircnregistrare)

orice tip definit de utilizator icircnainte de a defini subprogramul

Observația 3 Numele subprogramului poate fi folosit icircn trei locuri distincte

icircn prototipul subprogramului unde are un rol declarativ

icircn antetul subprogramului unde are un rol de definiţie dar şi declarativ

icircn apelul subprogramului unde are rol de activare

b Corpul subprogramului este un bloc care conţine atacirct instrucţiuni declarative cacirct şi

instrucţiuni imperative Variabilele de memorie declarate icircn corpul subprogramului se

numesc variabile locale Icircn cazul unei funcţii operand ultima instrucţiune din corpul

subprogramului trebuie să fie instrucţiunea return care are sintaxa

Valoarea obţinută prin evaluarea expresiei ltexpresiegt va fi atribuită funcţiei operand (va fi

valoarea returnată prin numele funcţiei) Rezultatul expresiei trebuie să fie de acelaşi tip cu tipul funcţiei

sau de un tip care poate fi convertit implicit icircn tipul funcţiei

Cacircnd compilatorul C++ icircntacirclneşte icircntr-un subprogram instrucţiunea return termină execuţia

subprogramului şi redă controlul modulului apelant Prin urmare dacă veţi scrie icircn subprogram după

instrucţiunea return alte instrucţiuni ele nu vor fi executate

Prototipul subprogramului este o linie de program aflată icircnaintea modulului care apelează

subprogramul prin care se comunică compilatorului informaţii despre subprogram (se declară

subprogramul)

Prin declararea programului compilatorul primeşte informaţii despre modul icircn care se poate

apela subprogramul şi poate face verificări la apelurile de subprogram icircn ceea ce priveşte tipul

parametrilor folosiţi pentru comunicare şi a modului icircn care poate face conversia acestor parametri

Un subprogram pentru a putea fi folosit trebuie declarat Pentru declararea lui se foloseşte

prototipul El conţine trei categorii de informaţii la fel ca şi antetul subprogramului tipul rezultatului

numele subprogramului şi tipul parametrilor folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru din

antetul subprogramului se poate preciza numai tipul nu şi numele lui

Prototipul unui subprogram este de forma

unde lista tipului parametrilor are următoarea forma

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

4

din valoarea parametrului Funcţia are un singur parametru ndash n care este parametru de

intrare

o x = sqrt (pow(32)+ pow(42)) La calculul expresiei care se atribuie variabilei x se

activează de două ori funcţia pow() o dată pentru a calcula 3 la puterea 2 returnacircnd

valoarea 9 şi o dată pentru a calcula 4 la puterea 2 returnacircnd valoarea 16 Funcţia pow()

are doi parametri de intrare primul este baza iar al doilea este exponentul Rezultatul

este furnizat prin numele funcţiei Rezultatul obţinut prin evaluarea expresiei 9+16 = 25

va fi parametru de intrare pentru funcţia sqrt()care extrage radicalul de ordinul 2 din

valoarea lui Rezultatul funcţiei sqrt() ndash data de ieşire ndash este furnizat prin numele funcţiei

şi are valoarea 5 El este atribuit variabilei de memorie x Aşadar variabila de memorie x

va avea valoarea 5

13 Structura subprogramelor

Un subprogram (funcţie) are o definiţie şi atacirctea apeluri cacircte sunt necesare

Definiţia unui subprogram reprezintă de fapt descrierea unui proces de calcul cu ajutorul

variabilelor virtuale (parametri formali) iar apelul unui subprogram icircnseamnă execuţia procesului de

calcul pentru cazuri concrete (cu ajutorul parametrilor reali efectivi actuali)

Parametri formali apar icircn antetul subprogramului şi sunt utilizaţi de subprogram pentru

descrierea abstractă a unui proces de calcul

Parametri actuali apar icircn instrucţiunea de apelare a uni subprogram şi sunt folosiţi la execuţia

unui proces de calcul pentru valori concrete

Parametrii formali nu sunt variabile O variabilă este caracterizată de nume tip şi adresă

Legarea unui parametru formal la o adresă se realizează icircn timpul execuţiei instrucţiunii de apelare a

subprogramului

Icircn limbajul C++ există trei elemente implicate icircn utilizarea unui subprogram

definiţia subprogramului ndash conţine numele subprogramului tipul argumentelor şi al valorilor

returnate şi specifică ceea ce trebuie să realizeze subprogramul

prototipul subprogramului ndash comunică compilatorului informaţii despre subprogram (modul icircn

care se poate apela subprogramul)

apelul subprogramului ndash execută subprogramul

Subprogramul se poate identifica printr-un nume care este folosit atacirct pentru definiţia

subprogramului cacirct şi prin prototip şi activarea lui (apelarea lui) Apelarea subprogramului icircn cadrul

unui bloc icircnseamnă activarea subprogramului adică lansarea lui icircn execuţie Subprogramul poate fi

apelat ori de cacircte ori este nevoie (nu există restricţii pentru numărul de apeluri) Modulul apelant se

execută secvenţial (instrucţiune cu instrucţiune) La apelarea subprogramului este părăsit blocul

modulului apelant şi se trece la executarea instrucţiunilor din subprogram După ce se termină

executarea acestor instrucţiuni se revine la blocul apelant şi se continuă execuţia cu instrucţiunea care

urmează apelului

5

Definiţia unui subprogram este formată din antetul şi corpul subprogramului

a Antetul subprogramului Este o linie de recunoaştere a subprogramului icircn care i se atribuie

un nume El specifică icircnceputul subprogramului

Corpul subprogramului La fel ca orice bloc C++ este icircncapsulat icircntr-o instrucţiune compusă

delimitată de caracterele şi este format din două părţi

Partea declarativă Conţine definiţii de elemente folosite numai icircn interiorul subprogramului

tipuri de date constante şi variabile de memorie Nu se pot defini şi alte subprograme (nu

este valabilă tehnica de imbricare a subprogramelor existentă icircn alte limbaje de programare)

Partea executabilă Conţine instrucţiunile prin care sunt descrise acţiunile realizate de

subprogram

Subprogramul trebuie să aibă un antet prin care se precizează interfaţa dintre programul apelant

şi subprogram El conţine trei categorii de informaţii

Tipul rezultatului Pentru funcţiile operand se precizează tipul rezultatului furnizat de

subprogram prin chiar numele său Pentru funcţiile procedurale tipul rezultatului este void

(nu icircntoarce nici un rezultat prin numele său rezultatele vor fi icircntoarse prin parametrii

subprogramului) Dacă nu se precizează tipul rezultatului compilatorul va considera că

acesta este implicit de tip int

Numele subprogramului Este un identificator unic care se atribuie subprogramului

Numele trebuie să respecte aceleaşi reguli ca orice identificator C++ Parametrii folosiţi

pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi tipul

Parametrii folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi

tipul

Antetul unui subprogram are următoarea formă

unde lista de parametrii are următoarea formă

Exemple aferente limbajului C++

float alfa (int a int b float c)

Acesta este antetul unei funcţii operand care furnizează un rezultat de tip float Numele funcţiei

este alfa iar parametrii folosiţi pentru comunicare sunt a şi b de tip int şi c de tip float

void beta (int a float b float c char d)

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este beta iar parametrii folosiţi

pentru comunicare sunt a de tip int b şi c de tip float şi d de tip char

void gama ( )

6

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este gama şi nu foloseşte parametri

pentru comunicare

Observația 1 Separarea parametrilor icircn listă se face prin caracterul virgulă ()

Observația 2 Tipul parametrilor poate fi

orice tip standard al sistemului folosit pentru date elementare

o icircntreg (int unsigned long) real (double float long double) sau caracter (char sau

unsigned char)

o tipul pointer sau orice tip de structură de date (vector matrice şir de caractere sau

icircnregistrare)

orice tip definit de utilizator icircnainte de a defini subprogramul

Observația 3 Numele subprogramului poate fi folosit icircn trei locuri distincte

icircn prototipul subprogramului unde are un rol declarativ

icircn antetul subprogramului unde are un rol de definiţie dar şi declarativ

icircn apelul subprogramului unde are rol de activare

b Corpul subprogramului este un bloc care conţine atacirct instrucţiuni declarative cacirct şi

instrucţiuni imperative Variabilele de memorie declarate icircn corpul subprogramului se

numesc variabile locale Icircn cazul unei funcţii operand ultima instrucţiune din corpul

subprogramului trebuie să fie instrucţiunea return care are sintaxa

Valoarea obţinută prin evaluarea expresiei ltexpresiegt va fi atribuită funcţiei operand (va fi

valoarea returnată prin numele funcţiei) Rezultatul expresiei trebuie să fie de acelaşi tip cu tipul funcţiei

sau de un tip care poate fi convertit implicit icircn tipul funcţiei

Cacircnd compilatorul C++ icircntacirclneşte icircntr-un subprogram instrucţiunea return termină execuţia

subprogramului şi redă controlul modulului apelant Prin urmare dacă veţi scrie icircn subprogram după

instrucţiunea return alte instrucţiuni ele nu vor fi executate

Prototipul subprogramului este o linie de program aflată icircnaintea modulului care apelează

subprogramul prin care se comunică compilatorului informaţii despre subprogram (se declară

subprogramul)

Prin declararea programului compilatorul primeşte informaţii despre modul icircn care se poate

apela subprogramul şi poate face verificări la apelurile de subprogram icircn ceea ce priveşte tipul

parametrilor folosiţi pentru comunicare şi a modului icircn care poate face conversia acestor parametri

Un subprogram pentru a putea fi folosit trebuie declarat Pentru declararea lui se foloseşte

prototipul El conţine trei categorii de informaţii la fel ca şi antetul subprogramului tipul rezultatului

numele subprogramului şi tipul parametrilor folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru din

antetul subprogramului se poate preciza numai tipul nu şi numele lui

Prototipul unui subprogram este de forma

unde lista tipului parametrilor are următoarea forma

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

5

Definiţia unui subprogram este formată din antetul şi corpul subprogramului

a Antetul subprogramului Este o linie de recunoaştere a subprogramului icircn care i se atribuie

un nume El specifică icircnceputul subprogramului

Corpul subprogramului La fel ca orice bloc C++ este icircncapsulat icircntr-o instrucţiune compusă

delimitată de caracterele şi este format din două părţi

Partea declarativă Conţine definiţii de elemente folosite numai icircn interiorul subprogramului

tipuri de date constante şi variabile de memorie Nu se pot defini şi alte subprograme (nu

este valabilă tehnica de imbricare a subprogramelor existentă icircn alte limbaje de programare)

Partea executabilă Conţine instrucţiunile prin care sunt descrise acţiunile realizate de

subprogram

Subprogramul trebuie să aibă un antet prin care se precizează interfaţa dintre programul apelant

şi subprogram El conţine trei categorii de informaţii

Tipul rezultatului Pentru funcţiile operand se precizează tipul rezultatului furnizat de

subprogram prin chiar numele său Pentru funcţiile procedurale tipul rezultatului este void

(nu icircntoarce nici un rezultat prin numele său rezultatele vor fi icircntoarse prin parametrii

subprogramului) Dacă nu se precizează tipul rezultatului compilatorul va considera că

acesta este implicit de tip int

Numele subprogramului Este un identificator unic care se atribuie subprogramului

Numele trebuie să respecte aceleaşi reguli ca orice identificator C++ Parametrii folosiţi

pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi tipul

Parametrii folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru se precizează numele şi

tipul

Antetul unui subprogram are următoarea formă

unde lista de parametrii are următoarea formă

Exemple aferente limbajului C++

float alfa (int a int b float c)

Acesta este antetul unei funcţii operand care furnizează un rezultat de tip float Numele funcţiei

este alfa iar parametrii folosiţi pentru comunicare sunt a şi b de tip int şi c de tip float

void beta (int a float b float c char d)

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este beta iar parametrii folosiţi

pentru comunicare sunt a de tip int b şi c de tip float şi d de tip char

void gama ( )

6

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este gama şi nu foloseşte parametri

pentru comunicare

Observația 1 Separarea parametrilor icircn listă se face prin caracterul virgulă ()

Observația 2 Tipul parametrilor poate fi

orice tip standard al sistemului folosit pentru date elementare

o icircntreg (int unsigned long) real (double float long double) sau caracter (char sau

unsigned char)

o tipul pointer sau orice tip de structură de date (vector matrice şir de caractere sau

icircnregistrare)

orice tip definit de utilizator icircnainte de a defini subprogramul

Observația 3 Numele subprogramului poate fi folosit icircn trei locuri distincte

icircn prototipul subprogramului unde are un rol declarativ

icircn antetul subprogramului unde are un rol de definiţie dar şi declarativ

icircn apelul subprogramului unde are rol de activare

b Corpul subprogramului este un bloc care conţine atacirct instrucţiuni declarative cacirct şi

instrucţiuni imperative Variabilele de memorie declarate icircn corpul subprogramului se

numesc variabile locale Icircn cazul unei funcţii operand ultima instrucţiune din corpul

subprogramului trebuie să fie instrucţiunea return care are sintaxa

Valoarea obţinută prin evaluarea expresiei ltexpresiegt va fi atribuită funcţiei operand (va fi

valoarea returnată prin numele funcţiei) Rezultatul expresiei trebuie să fie de acelaşi tip cu tipul funcţiei

sau de un tip care poate fi convertit implicit icircn tipul funcţiei

Cacircnd compilatorul C++ icircntacirclneşte icircntr-un subprogram instrucţiunea return termină execuţia

subprogramului şi redă controlul modulului apelant Prin urmare dacă veţi scrie icircn subprogram după

instrucţiunea return alte instrucţiuni ele nu vor fi executate

Prototipul subprogramului este o linie de program aflată icircnaintea modulului care apelează

subprogramul prin care se comunică compilatorului informaţii despre subprogram (se declară

subprogramul)

Prin declararea programului compilatorul primeşte informaţii despre modul icircn care se poate

apela subprogramul şi poate face verificări la apelurile de subprogram icircn ceea ce priveşte tipul

parametrilor folosiţi pentru comunicare şi a modului icircn care poate face conversia acestor parametri

Un subprogram pentru a putea fi folosit trebuie declarat Pentru declararea lui se foloseşte

prototipul El conţine trei categorii de informaţii la fel ca şi antetul subprogramului tipul rezultatului

numele subprogramului şi tipul parametrilor folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru din

antetul subprogramului se poate preciza numai tipul nu şi numele lui

Prototipul unui subprogram este de forma

unde lista tipului parametrilor are următoarea forma

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

6

Acesta este antetul unei funcţii procedurale Numele funcţiei este gama şi nu foloseşte parametri

pentru comunicare

Observația 1 Separarea parametrilor icircn listă se face prin caracterul virgulă ()

Observația 2 Tipul parametrilor poate fi

orice tip standard al sistemului folosit pentru date elementare

o icircntreg (int unsigned long) real (double float long double) sau caracter (char sau

unsigned char)

o tipul pointer sau orice tip de structură de date (vector matrice şir de caractere sau

icircnregistrare)

orice tip definit de utilizator icircnainte de a defini subprogramul

Observația 3 Numele subprogramului poate fi folosit icircn trei locuri distincte

icircn prototipul subprogramului unde are un rol declarativ

icircn antetul subprogramului unde are un rol de definiţie dar şi declarativ

icircn apelul subprogramului unde are rol de activare

b Corpul subprogramului este un bloc care conţine atacirct instrucţiuni declarative cacirct şi

instrucţiuni imperative Variabilele de memorie declarate icircn corpul subprogramului se

numesc variabile locale Icircn cazul unei funcţii operand ultima instrucţiune din corpul

subprogramului trebuie să fie instrucţiunea return care are sintaxa

Valoarea obţinută prin evaluarea expresiei ltexpresiegt va fi atribuită funcţiei operand (va fi

valoarea returnată prin numele funcţiei) Rezultatul expresiei trebuie să fie de acelaşi tip cu tipul funcţiei

sau de un tip care poate fi convertit implicit icircn tipul funcţiei

Cacircnd compilatorul C++ icircntacirclneşte icircntr-un subprogram instrucţiunea return termină execuţia

subprogramului şi redă controlul modulului apelant Prin urmare dacă veţi scrie icircn subprogram după

instrucţiunea return alte instrucţiuni ele nu vor fi executate

Prototipul subprogramului este o linie de program aflată icircnaintea modulului care apelează

subprogramul prin care se comunică compilatorului informaţii despre subprogram (se declară

subprogramul)

Prin declararea programului compilatorul primeşte informaţii despre modul icircn care se poate

apela subprogramul şi poate face verificări la apelurile de subprogram icircn ceea ce priveşte tipul

parametrilor folosiţi pentru comunicare şi a modului icircn care poate face conversia acestor parametri

Un subprogram pentru a putea fi folosit trebuie declarat Pentru declararea lui se foloseşte

prototipul El conţine trei categorii de informaţii la fel ca şi antetul subprogramului tipul rezultatului

numele subprogramului şi tipul parametrilor folosiţi pentru comunicare Pentru fiecare parametru din

antetul subprogramului se poate preciza numai tipul nu şi numele lui

Prototipul unui subprogram este de forma

unde lista tipului parametrilor are următoarea forma

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

7

Observația 4 Separarea tipurilor de parametri icircn listă se face prin caracterul virgulă () Lista trebuie să

conţină atacirctea tipuri de parametri cacircţi parametri au fost definiţi icircn antetul subprogramului Icircn listă se

precizează tipul de dată la care se referă icircn aceeaşi ordine icircn care au fost scrişi parametrii la definirea lor

icircn antet

Observația 5 Spre deosebire de antetul subprogramului prototipul se termină cu caracterul

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior (a se vedea exemplele anterior prezentate)

prototipurile vor fi

float alfa (int int float)

void beta (int float float char)

void gama ()

Subprogramul trebuie să fie cunoscut atunci cacircnd se cere prin apel activarea lui

dacă subprogramul este standard trebuie inclus fişierul care conţine prototipul subprogramului

icircn fişierul sursă

dacă subprogramul este utilizator trebuie declarat fie prin folosirea prototipului fie prin

definirea lui icircnaintea apelului

Icircn funcţie de modul icircn care a fost definit subprogramul se activează fie printr-o instrucţiune

procedurală fie ca operand icircntr-o expresie

Pentru funcţiile al căror antet a fost precizat anterior activarea se poate face astfel

exemplul 1

int xy float zw

w = alfa (xyz)

exemplul 2

int x float yz char w

beta (x y z w)

exemplul 3

gama ()

Orice subprogram trebuie declarat şi definit Declararea unui subprogram este necesară pentru

ca el să fie cunoscut de subprogramele care icircl apelează Declararea lui poate fi făcută fie prin prototip

fie prin definiţia lui (antetul icircmpreună cu corpul subprogramului) Pentru a declara subprogramul fie

scrieţi prototipul icircnaintea subprogramelor care icircl apelează putacircnd scrie apoi definiţia lui oriunde icircn

program fie definiţi subprogramul icircnaintea subprogramului care icircl apelează Icircn cele ce urmează se

prezintă un exemplu

Aşadar

Prototipul subprogramului declară subprogramul

Apelul subprogramului execută subprogramul

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

8

Antetul subprogramului specifică numele subprogramului şi tipul argumentelor şi al valorilor

returnate iar corpul subprogramului icircl defineşte adică specifică ceea ce trebuie să realizeze

subprogramul

Icircn concluzie forma generală a unui subprogram este prezentată mai jos

unde

tip_returnat Reprezintă tipul rezultatului calculat şi returnat de funcţie şi poate fi int char

char long float void etc Icircn cazul icircn care tipul rezultatului este diferit de void corpul funcţiei

trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune return Icircnstrucţiunea return va specifica valoarea

calculată şi returnată de funcţie care trebuie să fie de acelaşi tip ca şi tip_returnat

nume_funcție Reprezintă numele dat funcţiei de către cel ce o defineşte pentru a o putea apela

lista parametrilor formali Reprezintă o listă de declaraţii de variabile separate prin virgulă

Această listă poate să fie şi vidă

instrucțiune Este o instrucţiune vidă sau o instrucţiune simplă sau o instrucţiune compusă

Icircn altă odine de idei construirea subprogramelor se face prin

Antet ndash conţine date despre tipul rezultatului nume şi parametrii efectivi Dacă funcţia nu

returnează nimic tipul este void()

Corp ndash este un bloc de instrucţiuni declarative şi imperative (de execuţie) ce definesc modul de

acţiune al subprogramului

Prototip ndash pentru a putea fi apelată funcţia trebuie declarată Conţine date despre tipul

rezultatului nume şi parametrii efectivi

Apel ndash este modul prin care subprogramul e pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori

este nevoie

Parametrii ndash datele care circulă icircntre modulul appelant şi apelat se introduc icircntre paranteze

după numele subprogramului

Modul apelant ndash blocul ce conţine apelul subprogramului

Modul apelat ndash blocul ce conţine funcţia (subprogramul apelat)

Exemplu

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

9

Icircn memoria internă fiecărui subprogram i se alocă o zonă de memorie icircn care este icircncărcat codul

executabil

La apelarea unui subprogram compilatorul icirci predă controlul adică icircncep să se execute

instrucţiunile subprogramului pacircnă la icircntacirclnirea unei instrucţiuni return sau pacircnă la sfacircrşitul blocului

care formează corpul subprogramului după care compilatorul redă controlul modulului apelant adică va

continua execuţia cu instrucţiunea care urmează icircn modulul apelant imediat după instrucţiunea care a

apelat subprogramul Acest mecanism de transfer al controlului se poate realiza deoarece icircntr-o zonă de

memorie internă numită stiva sistemului (stack) se păstrează temporar informaţii despre subprogramul

apelant Aceste informaţii sunt introduse icircn stivă atunci cacircnd este apelat subprogramul Ele formează

instanţa subprogramului

Etapele executate la apelarea subprogramului sunt

1 Se icircntrerupe execuţia modulului apelant

2 Se pregăteşte stiva sistemului astfel

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

10

se introduce adresa de revenire icircn modulul apelant

se introduc valorile parametrilor cu care a fost apelat subprogramul

se rezervă spaţiu pentru variabilele locale declarate icircn subprogram

3 Se lansează icircn execuţie codul executabil al subprogramului apelat

Etapele executate la terminarea subprogramului sunt

1 Se eliberează din stivă spaţiul ocupat de variabilele locale şi de parametri

2 Se extrage din stivă adresa de revenire icircn modulul apelant

3 Se continuă execuţia cu instrucţiunea de la adresa extrasă din stivă

Astfel pentru exemplele anterioare de declaraţii de subprograme la apelarea lor icircn stivă se vor

introduce următoarele informaţii

Aşadar icircn timpul execuţiei subprogramului icircn stivă sunt păstrate datele cu care el lucrează

variabilele locale şi parametrii cu care a fost apelat Instrucţiunile subprogramului pot modifica aceste

date Modificările se execută asupra valorilor memorate icircn stivă Cacircnd se termină execuţia

subprogramului trebuie să se reia execuţia modulului apelant cu instrucţiunea de adresă de revenire

Pentru a se ajunge icircn stivă la adresa de revenire spaţiul ocupat de parametri şi de variabilele

locale este eliberat şi se pierd valorile lor

Exemplu Să se verifice dacă un număr natural n citit de la tastatură este număr prim Pentru

testarea numărului se va folosi un subprogram Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului

icircn care este folosită stiva sistemului la apelarea unui subprogram

Funcţia prim(a) furnizează prin numele său o valoare icircntreagă ce poate fi interpretată ca o valoarea

logică 0 ndash false sau 1 ndash true Icircn variabila locală x se calculează valoarea funcţiei prim (1 sau 0 icircn funcţie

de numărul a ndash dacă este sau nu este număr prim)

Conţinutul stivei sistemului va fi

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

11

14 Transmiterea parametrilor

Transferul de parametri este o tehnică folosită pentru schimbul de date icircntre module

Transmiterea datelor icircntre apelant şi apelat se poate face fie prin parametri fie prin variabile

globale Prin utilizarea variabilelor globale nu se face un transfer propriu-zis ci se folosesc icircn comun

anumite zone de memorie

Transferul se poate face prin valoare sau prin referinţăadresă

Datele care se transferă icircntre apelant şi apelat se introduc icircntre paranteze după identificatorul

subprogramului

Icircn antetul subprogramului parametrii se icircnscriu prin tip şi nume separaţi prin virgulă fără a fi

grupaţi Ei se numesc parametrii formali

Icircn apelul subprogramului se icircnscriu separaţi prin virgulă icircn aceeaşi mordine ca icircn antet prin

valori concreteEi se numesc parametrii efectivi (actuali)

Regula de corspondenţă notifică o anumită concordanţă icircntre numărul ordinea şi tipul

parametrilor formali şi a parametrilor efectivi

Numărul parametrilor formali poate să difere de numărul parametrilor efectivi icircn cazul funcţiilor

cu număr de parametri variabil respectiv icircn cazul supraicircncărcării funcţiilor

Tipul parametrilor formali poate să difere de tipul parametrilor efectiviicircn cazul conversiei

implicite a parametrilor efectivi icircn tipul parametrilor formali ca o operaţie de atribuire respectiv

icircn cazul supraicircncărcării funcţiei

Numele parametrilor formali poate să difere de numele parametrilor efectivi

Parametrii sunt memoraţi icircn segmentul de stivă icircn ordinea icircnscrierii lor

Exemplu Să se construiască un subprogram care să calculeze valoarea absolută a unui număr

real Numele subprogramului este mod_r Acest subprogram va fi construit icircn două variante ca funcţie

procedurală şi ca funcţie operand Icircn ambele cazuri modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul

apelat va fi subprogramul mod_r Principalul scop a acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care

poate fi construit un subprogram C++

Varianta 1

Icircn cazul funcţiei procedurale subprogramul va afişa valoarea modulului numărului şi nu va

furniza niciun rezultat funcţiei rădăcină care icircl apelează El va primi valoarea numărului de la funcţia

rădăcină prin intermediul parametrului

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate

12

Varianta 2

Icircn cazul funcţiei operand subprogramul va returna funcţiei rădăcină prin numele său valoarea

absolută a numărului El va primi valoarea numărului de la funcţia rădăcină prin intermediul

parametrului

Transmiterea prin referinţăadresă - se transmite adresa parametrului actual Este utilizată la

prelucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii astfel icircncacirct la revenirea din funcţie variabila să

reţină valoarea modificată nu valoarea de intrare

Icircn momentul apelării subprogramului icircn stivă este icircncărcată adresa de memorie la care se găseşte

valoarea parametrului Subprogramul va lucra direct icircn zona de memorie icircn care se găseşte data Atacirct

modulul apelant cacirct şi subprogramul lucrează asupra aceleiaşi date şi orice modificare a valorii acestui

parametru făcută icircn subprogram se va reflecta şi icircn modulul apelant La terminarea execuţiei

subprogramului este eliberată din stivă zona icircn care este memorată adresa parametrului

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin referinţă se numeşte parametru

variabilă

Acest transfer se recomandă pentru parametrii de intrare-ieşire sau parametrii de ieşire Modulul

apelant transmite prin aceşti parametri date de intrare-ieşire către subprogram subprogramul preia data

13

o prelucrează şi o returnează modulului apelant Acest parametru mai poate fi şi un rezultat (dată de

ieşire) obţinut icircn urma prelucrărilor din subprogram care este returnat apoi modulului apelant

Distincţia dintre un parametru valoare şi un parametru variabilă (definirea tipului de transfer) se

face icircn lista de parametri formali din antetul subprogramului icircn care parametrii variabilă sunt precedaţi

de operatorul adresă de memorie amp (Parametrii transmişi prin referinţă vor fi precedaţi de caracterul

ampersand ldquoamprdquo atacirct la declararea cacirct şi la definirea funcţiei)

Un exemplu de antet de subprogram (subprogramul furnizează prin parametrii ma şi mg media

aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise subprogramului prin parametrii a şi

b) este

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xym1m2)

Din modulul apelant se transmit parametrilor a şi b care sunt parametri valoare ndash valorile

variabilelor x şi respectiv y iar parametrilor ma şi mb care sunt de tip parametri variabilă ndash adresele

variabilelor m1 şi respectiv m2

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin referinţă trebuie să

fie variabile de memorie

Transmiterea prin referinţă icircnseamnă că parametrii sunt transmişi prin referinţă tunci cacircnd ne

interesează ca la revenirea din subprogram variabila transmisă să reţină valoarea stabilită icircn timpul

execuţiei subprogramului Pentru aceasta parametrii efectivi trebuie să fie referinţe la variabile

Subprogramul reţine icircn stivă adresa variabilei

Transmiterea prin valoare ndash se transmite o copie a parametrului actual Este utilizată la

relucrarea unei variabile icircn interiorul unei funcţii La revenirea din funcţie variabila nu reţine valoarea

modificată ci valoarea de intrare

Modulul apelant transmite prin parametru către subprogram date de intrare Icircn momentul

apelării subprogramului o copie a valorii parametrului este icircncărcată icircn stivăEl este văzut icircn

subprogram ca o variabilă locală care este iniţializată cu valoarea transmisă de modulul apelant prin

parametrul actual din apel Valoarea acestei variabile se poate modifica icircn subprogram dar această

modificare nu se va reflecta şi icircn modulul apelant deoarece modificarea se face icircn stivă şi la terminarea

execuţiei subprogramului zona din stivă icircn care este memorat parametrul este eliberată

Parametrul prin intermediul căruia se face transferul prin valoare se numeşte parametru

valoare

Acest transfer se foloseşte icircn general numai pentru parametrii de intrare Icircn cazul icircn care parametrii

transmişi prin valoare sunt parametri de ieşire sau de intrare-ieşire pentru a putea transmite rezultatul

obţinut icircn subprogram către modulul apelant se pot folosi variabile de tip pointeri

Un exemplu de antet de subprogram pentru un astfel de transfer (subprogramul furnizează prin

parametrii ma şi mg media aritmetică şi respectiv media geometrică a două numere transmise

subprogramului prin parametrii a şi b) este prezentat mai jos

14

Apelarea acestui subprogram se va face prin medie(xyampm1ampm2)

Parametrilor a şi b li se transmit din modulul apelant valorile variabilelor x şi respectiv y iar

parametrilor de tip pointer ma şi mb valoarea adreselor variabilelor m1 şi respectiv m2

Parametrii transmişi prin valoare se folosesc doar ca parametrii de intrare Pentru parametrii de

ieşire se va folosi instrucţiunea return()

Icircn apel parametrii efectivi corespunzători parametrilor formali transmişi prin valoare pot fi

valori variabile expresii sau alte funcţii

Transmiterea prin valoare se utilizează atunci cacircnd suntem interesaţi ca subprogramul să lucreze

cu acea valoare dar icircn prelucrare nu ne interesează ca parametrul efectiv cel din blocul apelant să

reţină valoarea modificată icircn subprogram

Se pot transmite prin valoare

Valorile reţinute de variabile parametrii efectivi trebuie să fie numele variabilelor care se trimit

prin valoare

Expresii care pot conţine şi funcţii parametrii efectivi sunt expresii care mai icircntacirci se

evaluează

Observația 1 Pentru transmiterea unor rezultate din subprogram către modulul apelant (parametru de

ieşire sau de intrare-ieşire) se foloseşte fie transferul prin referinţă fie transferul prin valoare folosind

variabile de tip pointeri

Observația 2 Parametrii actuali corespunzători parametrilor valoare pot fi exprimaţi prin

valoare (constantă)

expresie

variabilă de memorie

adresă a unei variabile de memorie (este obligatorie icircn cazul icircn care parametrii formali sunt de

tip pointer)

Observația 3 Parametrii formali corespunzători parametrilor valoare pot fi iniţializaţi icircn antetul

subprogramului La apelul subprogramului parametrilor formali li se atribuie valoarea parametrilor

actuali Dacă lipseşte un parametru actual parametrul formal va fi iniţializat cu valoarea din listă

Observația 4 Parametrii actuali corespunzători parametrilor variabilă pot fi exprimaţi numai prin

variabile de memorie

Exemplu Să se construiască un subprogram care să realizeze interschimbarea valorilor a două

variabile de memorie icircntregi Obiectivul acestui exemplu este exemplificarea modului icircn care pot fi

transmişi parametrii icircntre subprograme

15

Numele subprogramului este schimb Modulul apelant va fi funcţia rădăcină iar modulul apelat

va fi subprogramul schimb Din funcţia rădăcină se vor transfera subprogramului parametrii x şi y care

reprezintă variabilele a căror valoare se interschimbă Acest subprogram va fi construit icircn trei variante

icircn funcţie de modul icircn care sunt transferaţi parametrii

Varianta 1 Transferul parametrilor se face prin valoare

Varianta 2 Transferul parametrilor se face prin valoare folosind variabile de tip pointer

Varianta 3 Transferul parametrilor se face prin referință

15 Apelul subprogramelor

Apelul subprogramului este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul

subprogramului se poate realiza icircn două moduri

Printr-o instrucţiune de apel

Ca operand icircntr-o expresie

16

Instrucţiunea de apel a unui subprogram are următorul format general

unde

nume reprezintă numele subprogramului

lista parametrilor actuali este formată dintr-o succesiune de expresii separate prin virgulă

Se utilizează instrucţiuni de apel atunci cacircnd subprogramul nu returnează nici o valoare sau cacircnd

nu se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ci doar efectuarea prelucrărilor descrise de

subprogram

Icircn cazul icircn care se doreşte utilizarea valorii returnate de subprogram ca operand icircntr-o expresie

se va apela subprogramul icircn cadrul expresiei astfel

Icircn această situaţie lipseşte caracterul bdquordquo care marchează sfacircrşitul instrucţiunii de apel La apelul

unui subprogram valorile parametrilor actuali sunt atribuite icircn ordine parametrilor formali

corespunzători

Construirea apelului subprogramului

Dacă subprogramul este definit de utilizator el trebuie declarat prin prototip sau prin definirea

subprogramului icircnainte de blocul apelant

Este modul prin care subprogramul este pus icircn execuţie Apelul poate fi făcut ori de cacircte ori este

nevoie

Apelul poate fi făcut din funcţia rădăcină main () dintr-o altă funcţie sau din ea icircnsăşi prin

autoapelare (recursivitate)

Dacă subprogramul este standard (de sistem) trebuie inclus fişierul ce conţine subprogramul

utilizat

Atacirct procedurile cacirct şi funcţiile trebuie definite icircnainte de a fi apelate

Apelarea unei funcţii nu este o instrucţiune de sine stătătoare ea trebuie inclusă ca operant icircn

cadrul unei expresii

Transmiterea parametrilor efectivi la apelul unei funcţii se face prin copierea valorilor

parametrilor efectivi icircn parametrii formali care sunt variabile locale ale funcţiei Icircn acest fel funcţia

apelată lucrează cu duplicate ale variabilelor parametrilor efectivi şi nu poate modifica accidental

variabile din funcţia apelantă Compilatorul generează o secvenţă de atribuiri la parametrii

formaliicircnainte de efectuarea saltului la prima instrucţiune din funcţia apelată

O funcţie recursivă este o funcţie care se apelaeză pe ea icircnsăşi Există două tipuri de funcţii

recursive

Funcţii cu un singur apel recursiv ca ultimă instrucţiune care se pot rescrie sub formă

nerecursivă (iterativă)

Funcţii cu unul sau mai multe apeluri recursive a căror formă trebuie să folosească o stivă pentru

memorarea unor rezultate intermediare

Recursivitatea este posibilă deoarece la fiecare apel al funcţiei adresa de revenire variabilele

locle şi parametrii formali sunt memorate icircntr-o stivă iar la ieşire din funcţie se scot din stivă toate

datele puse la intrarea icircn funcţie

O funcţie recursivă trebuie să conţină cel puţin o instrucţiune if de obicei la icircnceput prin care se

verifică dacă este necesar un apel recursiv sau se iese din funcţie

Apelul unei funcţii care nu returnează nici o valoare are forma generală

unde

parametru efectiv = parametru actual = parametru real = parametru de apel

lista parametrilor efectivi = fie vidă fie o expresie sau mai multe despărţite prin virgulă

Pentru a apela o funcţie aceasta trebui mai icircntacirci definită Astfel apelul unei funcţii trebuie

precedat de definiţia funcţiei respective

17

O a doua posibilitate de apelare a funcţiei constă icircn scrierea prototipului funcţiei icircnainte ca acesta

să fie apelată

Prototipul funcţiei conţine informaţii asemănătoare cu cele din antetul funcţiei Pot lipsi numele

parametrilor formali (contează doar tipul şi ordinea acestora) icircn plus acesa este urmat de ldquordquo

Exemplu Apelul unei funcții ce nu returnează o valoare

Exemplu Apelul unei funcții ce returnează o valoare

16 Modularizarea programelor (Tipuri de variabile domeniul şi plasarea subprogramelor

Variabile globale şi locale Domeniul de vizibilitate)

Variabilele pot fi definite icircn C++ icircn orice poziţie a programului Locul unde a fost definită o

variabilă determină domeniul de vizibilitate a acesteia Acest domeniu icircncepe icircn locul unde variabila este

definită şi se sfacircrşeşte icircn locul de icircncheiere a blocului ce o conţine

Prin domeniul de vizibilitate (valabilitate) se intelege zona de program in care e valabila

declararea sau definirea unui identificator

Variabilele globale sunt declarate la icircnceputul programului icircn afara funcţiilor inclusv icircn afara

rădăcinii Acestea sunt vizibile şi pot fi utilizate icircn orice punct al programului Sunt iniţilizate icircn mod

automat cu zero Durata lor de viaţă este pe tot parcursul executării programului

Variabilele declarate icircntr-o funcţie se numesc variabile locale şi pot fi referite numai din funcţia

respectivă Sunt vizibile doar icircn interiorul funcţiei Nu sunt iniţializate automat Durata lor de viaţă este

18

pe tot parcursul executării funcţiei icircn care au fost definite Domeniul de valabilitate a unei variabile

locale este funcţia sau instrucţiunea compusă icircn care a fost definită

Icircn cazul icircn care există o variabilă locală care are acelaşi nume cu o variabilă globală aceste două

variabile se numesc variabile omonime Variabilele locale sunt prioritare variabilelor globale omonime

Exemplu

include ltiostreamgt

int z=8

void schimb(int x int ampy)

int s se poate folosi doar icircn acest subprogram este o variabilă locală

x=15 parametru de intrare transmis prin valoare

y=16 parametru de iesire transmis prin referință

z=9 variabila globala se transmit modificările

void main()

int a=2b=3

schimb(ab)

coutltlta=ltltaltlt b=ltltbltlt z=ltltz se va tipari a=2 b=16 z=9

Plasarea subprogramelor icircn cadrul programului

A defini un subprogram icircnseamnă al scrie efectiv după o anumită structură A declara un

subprogram icircnseamnă a-l anunţa Un subprogram nedeclarat nu poate fi folosit Definiţia unui

subprogram ţine loc şi de declaraţie

Orice program trebuie să conţină

Instrucţiuni imperative prin care se comandă executarea anumitor acţiuni

Declaraţii de variabile de funcţii etc necesare compilatorului dar fără efect la execuţie

Comentarii ignorate de compilator necesare utilizatorului

Instrucţiunile executabile sunt grupate icircn subprograme Icircn C++ trebuie să existe cel puţin o

funcţie ldquomainldquo cu care icircncepe execuţia unui program Celelalte funcţii sunt apelate din funcţia

ldquomainldquo sau din alte funcţii activate direct sau indirect de ldquomainldquo

Acoladele sunt necesare pentru a delimita definiţia unei funcţii care este un bloc de instrucţiuni

şi declaraţii Un program descrie procedurile de obţinere a unor rezultate pe baza unor date iniţiale şi

foloseşte rezultate intermediare Toate aceste date sunt memorate icircn variabile ale programului Pot exista

şi date constante ale căror valoari nu se pot modifica icircn cursul execuţiei Toate variabilele folosite icircntr-

un program trebuie definite sau declarate prin declaraţii ale limbajului de programare

Un program C este compus icircn general din mai multe functii dintre care functia main nu poate

lipsi deoarece cu ea icircncepe executia programului

Functiile pot face parte dintr-un singur fisier sursatilde sau din mai multe fisiere sursatilde Un fisier sursatilde

C este un fisier text care contine o succesiune de declaratii definitii de functii si eventual declaratii de

variabile

Antetul conţine tipul şi numele funcţiei şi o listatilde de argumente

Practic nu existatilde program care satilde nu apeleze functii din bibliotecile existente si care satilde nu continatilde

definitii de functii specifice aplicatiei respective

Motivele utilizatilderii de subprograme sunt multiple

Un program mare poate fi mai usor de scris de icircnteles si de modificat dacatilde este modular deci

format din module functionale relativ mici

Un subprogram poate fi reutilizat icircn mai multe aplicatii ceea ce reduce efortul de programare al

unei noi aplicatii

19

Un subprogram poate fi scris si verificat separat de restul aplicatiei ceea ce reduce timpul de

punere la punct a unei aplicatii mari (deoarece erorile pot apare numai la comunicarea icircntre

subprograme corecte)

Intretinerea unei aplicatii este simplificatatilde deoarece modificatilderile se fac numai icircn anumite

subprograme si nu afecteazatilde alte subprograme (care nici nu mai trebuie recompilate)

Utilizarea de functii permite dezvoltarea progresiva a unui program mare fie de jos icircn sus

(ldquobottom uprdquo) fie de sus icircn jos (ldquotop downrdquo) fie combinat

Exemplu Modularizarea unui program utilizacircnd subprograme Să se scrie un program care

pentru un număr citit de la tastatură va determina daca e număr prim perfect va face suma divizorilor și

va tipări pătratul lui

include ltiostreamgt

int sumad(int x)

int is=0

for(i=1iltxi++)

if (xi==0) s=s+i

return s

int prim(int x)

int is

s=0

for(i=2ilt=x2i++)

if((xi)==0) s=1

if (x==1) s=1

return s

void perfect(int x int sumint amprez)

if(sum==x) rez=0

else rez=1

void main()

int asumr

coutltltDati numarul cingtgta

if (prim(a)==0) coutltltaltlt este prim

else coutltltaltlt nu este prim

sum=sumad(a)

coutltltendlltltSuma divizorilor lui ltltaltlt este ltltsum

perfect(asumr)

if(r==0) coutltltendlltltaltlt este numar perfect

else coutltltendlltltaltlt nu este numar perfect

coutltltendlltltPatratul lui este ltltaa

Schema modulelor este

20

Modulul Sumad

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul de tip icircntreg - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului calcularea sumei divizorilor unui număr și returnarea lui ca rezultat al

funcției (tip intreg)

Modulul Prim

subprogram de tip funcție

parametri de intrare numărul (tip intreg) - x

parametri de ieșire nu are

scopul subprogramului verificarea daca un număr este prim sau nu și returnarea ca rezultat al

funcției valoarea 0 dacă este prim și 1 dacă nu este prim

Modulul Perfect

subprogram de tip procedura

parametri de intrare numarul (tip intreg) - suma divizorilor (tip intreg) - sum

parametri de ieșire o variabilă a cărei valoare va fi 0 dacă este perfect sau 1 dacă numărul nu este

perfect - rez

scopul subprogramului compararea numărului cu suma divizorilor săi și atribuirea unei valori

corespunzătoare parametrului de ieșire

Capitolul 2

21 Alocarea memoriei (segmentul de date segmentul de stivă heap registrii)

Fiecărui program i se alocă trei zone distincte icircn memoria internă icircn care se găsesc memorate

variabilele programului

Segment de date

Segment de stivă

Heap

Există posibilitatea ca variabilele să fie memorate icircntr-un anumit registru al microprocesorului Icircn

acest caz timpul de acces la astfel de variabile este foarte mic deci se pot obţine programe optimizate

Moduri de alocare a memoriei

Statică variabile implementate icircn zona de date ndash globale Memoria este alocată la compilare icircn

segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai poate modifica icircn cursul execuţiei

21

Variabilele externe definite icircn afara funcţiilor sunt implicit statice dar pot fi declarate static şi

variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor

Auto variabile implementate icircn stivă ndash locale Memoria este alocată automat la activarea unei

funcţii icircn zona stivă alocată unui program şi este eliberată automat la terminarea funcţiei

Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Memoria se alocă icircn stiva ataşată programului

Dinamică variabile implementate icircn heap Memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona heap

ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii

de bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea

funcţiei free

Register variabile implementate icircntr-un registru de memorie

O variabilă se caracterizează prin 4 atribute Acestea sunt

clasa de memorare

vizibilitate

durata de viaţă

tipul variabilei

Clasa de memorare precizează locul unde este memorată variabila respectivă O variabilă poate

fi memorată icircn segmentul de date icircn cel de stivă icircn heap sau icircntr-un registru al microprocesorului

Vizibilitatea precizeză liniile textului sursă din care variabila respectivă poate fi accesată Există

Vizibilitate la nivel de bloc (instrucţiune compusă)

Vizibilitate la nivel de fişier ndash icircn cazul icircn care programul ocupă un singur fişier sursă

Vizibilitate la nivel de clasă - icircn cazul programării pe obiecte

Durata de viaţă reprezintă timpul icircn care variabila respectivă are alocat spaţiu icircn memoria

internă Există

Durata statică ndash variabila are alocat spaţiu icircn tot timpul execuţiei programului

Durata locală ndash variabila are alocat spaţiu icircn timpul icircn care se execută instrucţiunile blocului

respectiv

Durata dinamică ndash alocarea şi dezalocarea spaţiului necesar variabilei respective se face de

către programator prin operatori sau funcţii speciale

Atributele variabilelor globale sunt

Clasa de memorare ndash este segmentul de date

Vizibilitatea ndash icircn cazul icircn care declaraţiile acestora sunt icircnaintea tuturor funcţiilor acestea sunt

vizibile la nivelul icircntrgului program sau fişier Dacă anumite funcţii se află plasate icircnaintea

declaraţiilor acestor variabile atunci ele sunt vizibile doar pentru funcţiile care sunt plasate după

aceste declaraţii

Durata de viaţă ndash este statică Variabilele globale au spaţiu rezervat icircn tot timpul execuţiei

programului

Atributele variabilelor locale sunt

Clasa de memorare ndash este implicit segmentul de stivă Există posibilitatea ca acestea să fie

alocate icircn registrele microprocesorului caz icircn care declaraţia lor trebuie precedată de cuvacircntul

cheie ldquoregisterrdquo

Vizibilitatea ndash este la nivelul blocului icircn care au fost declarate

Durata de viaţă ndash este atacirct timp cacirct durează execuţia blocului respectiv

Clase de alocare a memoriei Auto Variabilele locale unui bloc (unei funcţii) şi parametrii formali sunt implicit din clasa auto

Durata de viaţă a acestor variabile este temporară memoria este alocată automat la activarea

22

bloculuifuncţiei icircn zona stivă alocată programului şi este eliberată automat la ieşirea din

blocterminarea funcţiei Variabilele locale nu sunt iniţializate Trebuie să le atribuim o valoare iniţială

Exemplu

int doi()

int x = 2

return x

int main()

int a

int b = 5

a = bdoi()

printf(ldquoa = dnrdquo a)

return 0

Conţinut stivă

(x) 2

(b) 5

(a) 10

Clase de alocare a memoriei Static Memoria este alocată la compilare icircn segmentul de date din cadrul programului şi nu se mai

poate modifica icircn cursul execuţiei Variabilele globale sunt implicit statice (din clasa static) Pot fi

declarate static şi variabile locale definite icircn cadrul funcţiilor folosind cuvacircntul cheie static O variabilă

sau o funcţie declarată (sau implicit) static are durata de viaţă egală cu cea a programului In consecinţă

o variabilă statică declarată icircntr-o funcţie icircşi păstrează valoarea icircntre apeluri succesive ale funcţiei spre

deosebire de variabilele auto care sunt realocate pe stivă la fiecare apel al funcţiei şi pornesc de fiecare

dată cu valoarea primită la iniţializarea lor (sau cu o valoare imprevizibilă dacă nu sunt iniţializate)

Exemplu

int f1()

int x = 1 Variabilă locală iniţializată cu 1 la fiecare apel al lui f1

int f2()

static int y = 99 Variabilă locală statică iniţializată cu 99 doar la primul apel al lui f2 valoarea

ei este reţinută pe parcursul apelurilor lui f2

int f()

static int nr_apeluri=0

nr_apeluri++

printf(funcţia f() este apelata pentru a d-a oaranldquo nr_apeluri)

return nr_apeluri

int main()

int i

23

for (i=0 ilt10 i++) f() f() apelata de 10 ori

printf(functia f() a fost apelata de d ori f()) 11 ori

return 0

Observația 1 Variabilele locale statice se folosesc foarte rar icircn practica programării (funcţia de

bibliotecă strtok este un exemplu de funcţie cu o variabilă statică) Variabilele statice pot fi iniţializate

numai cu valori constante (pentru că iniţializarea are loc la compilare) dar variabilele auto pot fi

iniţializate cu rezultatul unor expresii (pentru că iniţializarea are loc la execuţie) Observația 2 Toate variabilele externe (şi statice) sunt automat iniţializate cu valori zero

(inclusiv vectorii) Cuvacircntul cheie static face ca o variabilă globală sau o funcţie să fie privată(proprie)

unităţii unde a fost definită ea devine inaccesibilă altei unităţi chiar prin folosirea lui extern

Observația 3 Cantitatea de memorie alocată pentru variabilele cu nume rezultă din tipul

variabilei şi din dimensiunea declarată pentru vectori Memoria alocată dinamic este specificată explicit

ca parametru al funcţiilor de alocare icircn număr de octeţi

Memoria neocupată de datele statice şi de instrucţiunile unui program este icircmpărţită icircntre stivă şi

heap

Consumul de memorie stack (stiva) este mai mare icircn programele cu funcţii recursive (număr

mare de apeluri recursive)

Consumul de memorie heap este mare icircn programele cu vectori şi matrice alocate (şi realocate)

dinamic De observat că nu orice vector cu dimensiune constantă este un vector static un vector definit

icircntr-o funcţie (alta decacirct main) nu este static deoarece nu ocupă memorie pe toată durata de execuţie a

programului deşi dimensiunea sa este stabilită la scrierea programului Un vector definit icircntr-o funcţie

este alocat pe stivă la activarea funcţiei iar memoria ocupată de vector este eliberată automat la

terminarea funcţiei

Clase de alocare a memoriei register A treia clasă de memorare este clasa register pentru variabile cărora li se alocă registre ale

procesorului şi nu locaţii de memorie pentru un timp de acces mai bun

O variabilă declarată register solicită sistemului alocarea ei icircntr-un registru maşină dacă este

posibil

De obicei compilatorul ia automat decizia de alocare a registrelor maşinii pentru anumite

variabile auto din funcţii Se utilizează pentru variabile ldquofoarte solicitaterdquo pentru mărirea vitezei de

execuţie

Exemplu

register int i

for(i = 0 i lt N ++i)

hellip

se elibereaza registrul

Clase de alocare a memoriei extern

O variabilă externă este o variabilă definită icircn alt fişier Declaraţia extern icirci spune compilatorului

că identificatorul este definit icircn alt fişier sursă (extern) Ea este este alocată icircn funcţie de modul de

declarare din fişierul sursă

24

Exemplu

File1cpp

extern int i Declara aceasta variabila ca fiind definita in alt fisier

File2cpp

int i = 88 Definit aici

Alocarea dinamică a memoriei

Reamintim că pentru variabilele alocate dinamic memoria se alocă dinamic (la execuţie) icircn zona

heap ataşată programului dar numai la cererea explicită a programatorului prin apelarea unor funcţii de

bibliotecă (malloc calloc realloc) Memoria este eliberată numai la cerere prin apelarea funcţiei free

Principalele diferenţe icircntre alocarea statică şi cea dinamică sunt

La alocarea statică compilatorul alocă şi eliberează memoria automat ocupacircndu-se astfel de

gestiunea memoriei icircn timp ce la alocarea dinamică programatorul este cel care gestionează

memoria avacircnd un control deplin asupra adreselor de memorie şi a conţinutului lor

Entităţile alocate static sau auto sunt manipulate prin intermediul unor variabile icircn timp ce cele

alocate dinamic sunt gestionate prin intermediul pointerilor

Funcţiile standard pentru alocarea dinamica a memoriei sunt declarate icircn fişierele stdlibh şi

alloch

Alocarea memoriei de o dimensiune size octeţi se face astfel

void malloc(size_t size)

Alocarea memorie pentru nitems de dimensiune size octeţi şi iniţializarea zonei alocată

cu zerouri se face astfel

void calloc(int nitems size_t size)

Cele două funcţii au ca rezultat adresa zonei de memorie alocate (de tip void)Dacă cererea de

alocare nu poate fi satisfăcută pentru că nu mai exista un bloc continuu de dimensiunea solicitată atunci

funcţiile de alocare au rezultat NULL Funcţiile de alocare au rezultat void deoarece funcţia nu ştie

tipul datelor ce vor fi memorate la adresa respectivă

La apelarea funcţiilor de alocare se folosesc

Operatorul sizeof pentru a determina numărul de octeţi necesar unui tip de date

(variabile)

Operatorul de conversie cast pentru adaptarea adresei primite de la funcţie la tipul datelor

memorate la adresa respectivă (conversie necesară atribuirii icircntre pointeri de tipuri

diferite)

Exemple

aloca memorie pentru 30 de caractere

char str = (char) malloc(30)

aloca memorie ptr n icircntregi

int a = (int ) malloc( n sizeof(int))

aloca memorie ptr n icircntregi si initializeaza cu zerouri

int a= (int) calloc (n sizeof(int) )

25

Realocarea memoriei Realocarea unui vector care creşte (sau scade) faţă de dimensiunea

estimată anterior se poate face cu funcţia realloc care primeşte adresa veche şi noua dimensiune şi

icircntoarce noua adresă

void realloc(void adr size_t size)

Funcţia realloc realizează următoarele operaţii

alocă o zonă de dimensiunea specificată prin al doilea parametru

copiază la noua adresă datele de la adresa veche (primul parametru)

eliberează memoria de la adresa veche

Exemplu dublarea dimensiunii curente a unei anumite zone de la o anumită adresă

dublare dimensiune curenta a zonei de la adr a

a = (int )realloc (a 2n sizeof(int))

Observație Se va evita redimensionarea unui vector cu o valoare foarte mică de un număr mare de ori

o strategie de realocare folosită pentru vectori este dublarea capacităţii lor anterioare

Exemplu Exemplu de funcţie cu efectul funcţiei realloc dar doar pentru caractere

char ralloc (char p int size) p = adresa veche

char q q=adresa noua

if (size==0) echivalent cu free

free(p)

return NULL

q = (char) malloc(size) aloca memorie

if (q) daca alocare reusita

memcpy(qpsize) copiere date de la p la q

free(p) elibereaza adresa p

return q q poate fi NULL

Observație La mărirea blocului conţinutul zonei alocate icircn plus nu este precizat iar la micşorarea

blocului se pierd datele din zona la care se renunţă

Eliberarea memoriei Funcţia free are ca argument o adresă (un pointer) şi eliberează zona de la

adresa respectivă (alocată dinamic) Dimensiunea zonei nu mai trebuie specificată deoarece este

memorată la icircnceputul zonei alocate (de către funcţia de alocare)

void free(void adr)

Eliberarea memoriei prin free este inutilă la terminarea unui program deoarece icircnainte de

icircncărcarea şi lansarea icircn execuţie a unui nou program se eliberează automat toată memoria heap

Exemplu

char str

str=(char )malloc(10sizeof(char))

hellip

str=(char )realloc(str20sizeof(char))

26

hellip

free(str)

Observație Atenţie la definirea de şiruri icircn mod dinamic Şirul respectiv trebuie iniţializat cu adresa

unui alt şir sau a unui spaţiu alocat pe heap (adică alocat dinamic)

Exemplu Program care alocă spaţiu pentru o variabilă icircntreagă dinamică după citire şi tipărire spaţiul

fiind eliberat

include ltstdlibhgt

include ltstdiohgt

int main()

int pi

pi=(int )malloc(sizeof(int))

if(pi==NULL)

puts( Memorie insuficienta )

return 1 revenire din main

printf(valoare) citirea variabilei dinamice de pe heap de la adresa din pi

scanf(dpi)

pi=pi2 dublarea valorii

printf(val=dpi(adresa pe heap)=padr_pi=pn pi pi amppi) sizeof aplicat unor

expresii

printf(d d dnsizeof(pi) sizeof(pi) sizeof(amppi))

free(pi) eliberare spatiu

printf(pi(dupa elib)pnpi) nemodificat dar invalid

return 0

22 Implementarea structurilor dinamice de date (liste stive cozi arbori)

Pointerii sunt variabile care conţin adresa de memorie a unei alte variabile Din aceste

considerente pointerii se numesc şi variabile de adresă

Un pointer este o variabila care pastreaza adresa unei date nu valoarea datei Un pointer poate fi

utilizat pentru referirea diferitelor date si structuri de date Schimband adresa memorata in pointer pot fi

manipulate informatii situate la diferite locatii de memorie Pointerii permit de asemenea crearea de noi

variabile icircn timpul execuţiei programului prin alocare dinamică

Un pointer poate fi utilizat doar după iniţializare prin atribuirea adresei unei variabile sau prin

alocare dinamică

Memoria internă poate fi privita ca o serie de octeti Pentru a-i distinge acestia sunt numerotati

Numarul de ordine al unui octet se numeste adresa Adresa primului octet al variabilei se numeste adresa

variabilei Variabilele de tip pointer se caracterizeaza prin faptul ca valorile pe care le pot memora sunt

adrese ale altor variabile

Anumite variabile pot fi declarate dinamic Asta inseamna ca

Spatiul necesar memorarii este rezervat intr-un segment special acestui scop numit HEAP

In memorie se rezerva spatiu in timpul executarii programului atunci cand se utilizeaza un

anumit operator

Atunci cand variabila respectiva nu mai este utila spatiul din memorie este eliberat pentru afi

rezervat daca este cazul pentru alte variabile

Mecanismul alocarii dinamice este urmatorul

Se declara o variabila de tip pointer s-o numim P care permite memorarea unei adrese

Se aloca variabila dinamica prin operatorul NEW aplicat asupra unui tipiar rezultatul este

atribuit variabilei P In urma acestei operatii variabila P retine adresa variabilei alocate