Что такое функции в программировании и насколько они важны?

Относительно полезная программа состоит из тысяч и десятков тысяч строк кода. Если не иметь возможности этот код как-то структурировать при написании, то об удачной реализации задуманного проекта мечтать не стоит.

Программа включает в себя множество разных файлов, упорядоченных в файловой системе, где файлы с уникальными именами помещены в соответствующие каталоги. Программный код в самих файлах тоже нуждается в систематизации, иначе им будет сложно управлять.

Без функций не обойтись

Если весь проект можно разделить на множество небольших задач, то программный код тоже делится на некие фрагменты, ответственные за выполнение этих задач. Одни и те же задачи могут возникать многократно (например, очистка строки от лишних символов), но это не значит, что для их выполнения необходимы копии найденного решения.

Функции позволяют поместить внутри себя код, который можно использовать многократно, обратившись к функции по имени. То есть, чтобы вызвать нужный фрагмент кода, надо просто вызвать функцию, внутри которой описан этот фрагмент. Что это дает?

Во-первых, общий код программы становится легче читать, ведь вместо копий алгоритмов — лишь их названия (имена функций), код обретает более выразительный вид. Во-вторых, в код легче вносить изменения — нет необходимости дублировать правки во всех копиях. Например, через полгода вы нашли более оптимальное решение задачи и откорректировали свою функцию. После чего изменения распространятся везде, где вызывается функция.

Функции можно систематизировать по их задачам, помещать в отдельные файлы, а файлы — в каталоги. Расширяется тем самым библиотека функций, которые вы можете вызывать в файле-клиенте. Файл этот — место, где «встречаются» ваши функции для решения поставленной задачи. Со временем накапливается собственная библиотека, ее можно использовать в последующих проектах, и это залог экономии времени и эффективности вас как программиста.

Из чего функция состоит?

В разных языках программирования синтаксис объявления и использования функции несколько отличается, но общие принципы ее работы и структуры примерно одинаковы. Изучив основы в одном языке, вы легко сориентируетесь в другом. Здесь не приводится конкретных примеров, так как правила ниже справедливы для всех популярных языков.

Тело. Это основной код функции, ее алгоритм, тот самый фрагмент кода, который может быть как очень сложным для восприятия, так и настолько простым, что возникает вопрос, а стоит ли его помещать внутри функции. Описание тела следует за объявлением имени функции и ее параметров.

Функции, как правило, должны возвращать какое-то значение, но бывают и такие, которые ничего не возвращают (void), они в основном используются для запуска приложения, вывода информации пр. Чтобы функция вернула значение, программист указывает в конце ее тела оператор return, после его вызова функция завершает работу. Таких операторов может быть несколько, если в функции стоят логические операторы if-else, что означает разный исход работы функции.

Код внутри функции общается с внешним кодом через ее параметры (аргументы). Например, нельзя обратиться из тела функции к переменной, объявленной вне ее тела. Код внутри вообще не должен зависеть от внешнего кода, иначе вы не сможете с легкостью применять свои функции в других проектах.

Параметры. Они указывают на то, с какими данными будет работать функция. Здесь, в зависимости от языка, может потребоваться объявить для аргументов типы данных. Аргументами могут являться и массивы. Приучайтесь создавать функции так, чтобы вам не приходилось от проекта к проекту менять код в теле, любые воздействия на поведение функции должны осуществляться исключительно через ее параметры.

Аргументов можно устанавливать очень много, но лучше не злоупотреблять такой возможностью, достаточно 3-7. Аргументов может и не быть вовсе.

Имя. Оно должно иметь уникальное значение, не совпадающее ни с ключевыми словами, ни с именами функций, встроенных в платформу языка. Имя отражает суть того кода, который будет вызван, поэтому оно должно быть емким, но не слишком длинным. Посмотрите, как именованы функции библиотек, которые вы подключили, и в этом же стиле старайтесь именовать свои пользовательские функции.

Имя придумать не так-то просто, как может показаться на первый взгляд. Когда функций несколько — проблем нет, но когда их сотни… Часто программисты, даже опытные, из-за лени или нехватки времени не сильно заморачиваются по именованию функций. Но когда с их кодом сталкиваются другие специалисты, у последних могут возникнуть серьезные проблемы с пониманием программы. Если не хотите думать о других, знайте, что через время с этой проблемой столкнетесь вы сами. Не относитесь к именам легкомысленно или обратитесь за помощью на форумы программистов.

Как функции задают структуру коду?

Сильной стороной функций является их возможность вызываться друг в друге. То есть в теле одной вы вызываете другую. В теле второй — третью. Выглядит это, как древовидная структура. Схематически можно представить, что есть самые главные функции, вспомогательные и т.д. Иерархическая глубина ограничений не имеет.

Когда вы планируете программу, вы рассуждаете на абстрактном уровне, дескать, есть форма обратной связи, через которую вы будете получать сообщения от своих клиентов. Для этого вам нужна функция, записывающая данные пользователя в вашу базу данных. Таким образом вы определили свою основную цель, а затем начинаете разбирать ее на части.

Чтобы принять пользовательские данные, их надо отфильтровать, также нужно проверить, может ли этот пользователь отправлять сообщения (зарегистрирован ли он в системе), затем вы должны как-то соединиться с базой перед осуществлением записи в нее, а в конце пользователя надо еще и уведомить об успешной отправке сообщения. И этим будут заниматься вспомогательные функции, которые тоже нуждаются в помощи других, более низкоуровневых функций.

Создав исчерпывающий набор вспомогательных функций, вы можете размышлять над более абстрактной задачей, ориентируясь на этот набор как на строительные блоки. Вы не погружаетесь в детализацию вашего приложения, так как для всех мелких задачек уже готовы и протестированы решения.

Если такого набора еще нет, вы можете пойти другим путем. Вначале определяете основные функции приложения, в их телах описываете логику работы, где вспомогательные функции еще не доработаны, а лишь имеют имена и нужные вам возвращаемые данные. По сути вы создаете функции-заглушки, у которых пока что одна роль — тестировщики основной логики программы. А когда все будет работать, начинайте превращать каждую такую заглушку в реальную функцию, наращивая внутри нее программный код.

Благодаря структурированию кода вы делаете свое приложение максимально гибким. Здесь можно одни функции заменять другими, более оптимизированными, использовать сторонний код, что увеличивает вашу производительность, работать над одной программой целой командой, не боясь помешать друг другу.

Чтобы создать хорошую функцию, нужен опыт. А как понять, что ваша функция действительно хорошо продумана? Очень просто. Она должна быть пригодна для другого проекта без необходимости менять ее код. Все настройки — только через параметры.

Для создания хорошей функции следует соблюдать баланс. Она не должна быть слишком универсальной, чтобы решать все ваши задачи, иначе ее будет трудно приспособить для другого проекта. Те задачи, которые вы на нее возлагаете, должны иметь четкие границы. Подумайте, может ли какая-то часть вашей функции быть использована где-то отдельно. Если может, смело разделяйте функцию на две самостоятельные.

Бывает так, что для конкретного проекта требуется какой-то уж совсем уникальный код, вызываемый всего один раз, однако его также упаковывают в отдельную функцию. Это делается либо для соблюдения стиля кодирования, либо в целях придания коду большей выразительности.

Создавая структуру своего приложения, надо всегда помнить одну крайне важную вещь. Процессору ваша структура не нужна, он обработает код, даже если в нем не будет функций вообще, а вся программа будет состоять чисто из языковых конструкций. Вы структурируете код для себя или своих коллег, если они есть. Укладывая данные, а код — это данные, в структуру, вы подчиняете себе этот код. Ваше лучшее понимание кода — гарантия вашего контроля над ним. Ради этого и придумали функции.