摘要：程序員在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，通常把程序劃分為若干功能較為單一的模塊，然后分別予以實(shí)現(xiàn)，最后再把所有的模塊裝配起來(lái)。這種程序設(shè)計(jì)中分而治之的策略，被稱(chēng)為模塊化程序設(shè)計(jì)。C語(yǔ)言中，函數(shù)是程序的基本組成單位，也是模塊化程序設(shè)計(jì)的惟一工具，使用函數(shù)調(diào)用和嵌套，可使程序設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單直觀、易讀和易維護(hù)，并可大大地減輕程序員的代碼工作量。文章就C／C++語(yǔ)言在程序設(shè)計(jì)中的解決方法、特點(diǎn)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：模塊化程序設(shè)計(jì)；函數(shù)調(diào)用；嵌套；遞歸

0 引言

程序調(diào)用是指當(dāng)前正在執(zhí)行的程序(又稱(chēng)調(diào)用程序)中出現(xiàn)了調(diào)用其它程序的語(yǔ)句，使得程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)移到另一個(gè)程序段(又稱(chēng)為被調(diào)用程序)中，同時(shí)保存必要的信息，以便在被調(diào)用程序執(zhí)行結(jié)束后恢復(fù)執(zhí)行調(diào)用程序的過(guò)程。在C／C++語(yǔ)言中，稱(chēng)程序調(diào)用為函數(shù)調(diào)用。當(dāng)在一個(gè)函數(shù)中出現(xiàn)了函數(shù)名時(shí)，就發(fā)生了函數(shù)調(diào)用。在C／C++語(yǔ)言中，有以下兩種函數(shù)調(diào)用方式：

(1)函數(shù)調(diào)用以一個(gè)語(yǔ)句的形式出現(xiàn)，這時(shí)被調(diào)用函數(shù)可以沒(méi)有返回值(函數(shù)類(lèi)型可以設(shè)置為void類(lèi)型)；

(2)以表達(dá)式中的一個(gè)項(xiàng)的形式出現(xiàn)，被調(diào)用函數(shù)必須有一個(gè)明確的返回值。

按照函數(shù)調(diào)用的性質(zhì)的不同，函數(shù)調(diào)用又分為兩類(lèi)：函數(shù)嵌套調(diào)用和函數(shù)遞歸調(diào)用。以下就嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用概念進(jìn)行一些說(shuō)明。

1 存在問(wèn)題和解決辦法

C語(yǔ)言函數(shù)的定義都是獨(dú)立的，互不包含。換句話來(lái)說(shuō)，一個(gè)函數(shù)內(nèi)不能包含對(duì)另一個(gè)函數(shù)的定義。

嵌套調(diào)用。C語(yǔ)言不能嵌套定義函數(shù)，但可以嵌套調(diào)用(nested calling)函數(shù)。嵌套調(diào)用過(guò)程如圖1所示。

圖1 C語(yǔ)言函數(shù)嵌套調(diào)用過(guò)程

遞歸調(diào)用。在調(diào)用一個(gè)函數(shù)的過(guò)程中出現(xiàn)了直接或間接地調(diào)用該函數(shù)本身，稱(chēng)為函數(shù)的遞歸調(diào)用。換句話說(shuō)，當(dāng)一個(gè)程序調(diào)用它自身時(shí)就發(fā)生了遞歸(recursive calling)。C／C++語(yǔ)言的特點(diǎn)之一就在于允許函數(shù)的遞歸調(diào)用，如圖2所示。

遞歸算法的實(shí)質(zhì)是將原來(lái)的問(wèn)題分解為新的問(wèn)題，而對(duì)新的問(wèn)題又用到了原有問(wèn)題的解法。按照這一原則分解下去，每次出現(xiàn)的新問(wèn)題是原有問(wèn)題的簡(jiǎn)化子集，而最終分解出來(lái)的問(wèn)題，是一個(gè)已知解的問(wèn)題(即調(diào)用至滿足調(diào)用終止條件，得到一個(gè)可用的基礎(chǔ)值)，這便是有限的遞歸調(diào)用。只有有限的遞歸調(diào)用才是有意義的；無(wú)限的遞歸調(diào)用永遠(yuǎn)得不到解，沒(méi)有實(shí)際意義。

圖2 函數(shù)的遞歸調(diào)用過(guò)程

遞歸的過(guò)程有兩個(gè)階段：

第一階段，遞推。將原有的問(wèn)題不斷分解為新的子問(wèn)題，逐漸從未知向已知推進(jìn)，直到推進(jìn)至滿足調(diào)用終止條件，得到一個(gè)可用的基礎(chǔ)值。

第二階段，回歸。從基礎(chǔ)值出發(fā)，按照遞推的逆過(guò)程，逐一求值回歸，最后到達(dá)遞推的開(kāi)始處，結(jié)束遞歸調(diào)用。

2 函數(shù)嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用實(shí)例分析

現(xiàn)各舉一個(gè)嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用的小程序，以說(shuō)明上面的理解(為了表明C++也支持嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用，以下程序用C++語(yǔ)言編寫(xiě))。

例1：輸入兩個(gè)整數(shù)，求它們和的平方。

分析：為了說(shuō)明函數(shù)的嵌套調(diào)用，針對(duì)該問(wèn)題可以設(shè)計(jì)兩個(gè)函數(shù)，求平方的函數(shù)SQU及求另一個(gè)整數(shù)平方和的函數(shù)SUM。由主函數(shù)調(diào)用SQU，SQU又調(diào)用SUM(見(jiàn)圖3)。

圖3 函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用

假設(shè)求平方的函數(shù)為為a，求整數(shù)平方和的函數(shù)為b，程序

如下(Source Code)：

//

//nestf．cpp

//The C++program illustrates nested functiOn calling．

//CaIculation of the quadratic sum of two Integers．

//

#incIude＜iOstream．h＞

Vo|d math(void)

{int m，n；

int a(int x，inl y)；／／function prolotype

COUl＜＜\"pIease enter two jntegers：\"＜＜endI；

cin＞＞m＞＞n；

COUt＜＜“the quadratic sum of m and n is\"＜＜a(m，n)＜＜endl；

//calIing function

}

int a(int x，int y) //function decIaration

{int b(int m)；//function prototype

return(b(x)+b(y))；

//calling nested functiOn and function retum

}

int b(int k)//function declaration

{reIum(k*k)；)//funclion return

例2：求n!

分析：根據(jù)

程序流程：

圖4 程序流程

以下以6 1為例：

我們可以進(jìn)行以下分析：

6!＝6*5!→5!=5*4!→4!=4*3!→3!=3*2!→2!=2*1!→1!=1*0!→0!=1

未知——————→(遞推)——————————→已知

6!=6*5!=720←5=5*4!=120←4!=4×3!=24←3!=3*2!=6←2!=2←1!=1*0!=1←0!=1

未知←——————(回歸)←—————————已知

Source Code：

//

//factof．cpp

//A C++program illustrating recursiVe functiOn caIIs．

//CaIcuIating the factorial of a number．

//ExamDIe：6!=6*5*4*3*2*1=720

//

#incIude＜iOstream．h＞

long flactof(int n)//funclion declaration

{long a；

if(n＜0)

count＜＜\"The integer(n)which you entered must be

greater than or equal to zero!\"＜＜endI；

eIse if(n==0)a=1；//the basic condition to terminale

eIse a=facfof(n-1)*n；//iterating

retum(a)；

}

void main()

{long faclof(inI n)；／／funclion procotype

int b=6；

long y；

y=factof(b)；／／recursiVe calling

COUl＜＜\"6!=\"＜＜y＜＜endl；

}

3 結(jié)束語(yǔ)

嵌套調(diào)用是將功能獨(dú)立的函數(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，完成一項(xiàng)任務(wù)。采用嵌套調(diào)用，提高了程序的可讀性、可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。而采用遞歸調(diào)用允許某些算法用簡(jiǎn)單的小例程來(lái)實(shí)現(xiàn)，但不能保證速度或效率。遞歸使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致程序在執(zhí)行過(guò)程中耗盡空間(因?yàn)樵谶f歸調(diào)用時(shí)必然要一次次生成新的同名局部變量，并動(dòng)態(tài)地為其分配存儲(chǔ)單元)，從而引起程序(有時(shí)是整個(gè)系統(tǒng))崩潰。

函數(shù)定義中是否直接或間接的調(diào)用了自己是遞歸函數(shù)與函數(shù)嵌套調(diào)用兩個(gè)概念的最根本區(qū)別。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。