Programmiersprache Pascal

Unterprogramme

Unterprogramme sind Programmeinheiten, d.h. Bausteine, mit deren Hilfe die Konstruktion eines Programms vereinfacht werden kann.

Zu betrachten sind

die Deklaration (Spezifikation, Vereinbarung) von Unterprogrammen,
der Aufruf (Aktivierung) von Unterprogrammen

Standard Pascal erlaubt die Deklaration von Unterprogrammen nur innerhalb des Programm-Blocks, dies erweist sich für die Konstruktion größerer Programme als ein sehr schwerwiegendes Problem.
Extended Pascal und (wahrscheinlich) alle neueren Pascal-Realisierungen stellen Spracherweiterungen bereit, die ein Arbeiten mit externen Unterprogrammen möglich machen. Jedoch unterscheiden sich diese Erweiterungen in der Syntax zum Teil erheblich.

Beim Aufruf eines Unterprogramms up gibt es - in Abhängigkeit vom Unterprogrammtyp - folgende Varianten:

als Prozedur (procedure)
der Aufruf ist eine eigenständige Anweisung, z.B.
up ( parameterliste );
up ist der Prozedurname.
als Funktion (function)
der Aufruf erfolgt innerhalb eines Ausdrucks, z.B. auf der rechten Seite einer Ergibtanweisung, z.B.
y := up ( parameterliste );
oder als aktueller Parameter beim Aufruf eines anderen Unterprogramms, z.B.
Writeln( up ( parameterliste ) );
up ist der Funktionsname.
als Operator (operator)
der Aufruf erfolgt innerhalb eines Ausdrucks, z.B. auf der rechten Seite einer Ergibtanweisung, z.B.
y := operand up operand
oder als aktueller Parameter beim Aufruf eines anderen Unterprogramms, z.B.
Writeln( operand up operand );
up ist das Operatorsymbol, die Parameterliste zerfällt hier in Operanden.

Standard und Extended Pascal sowie die Mehrheit der Pascal-Systeme erlauben wie die meisten Programmiersprachen nur die beiden ersten Varianten.
Die Möglichkeit, neue Operatoren zu definieren bzw. vorhandene zu überladen, gibt es z.B. in Ada und in Pascal-XSC.

Die Deklaration von Prozeduren, Funktionen und Operatoren unterscheiden sich:

  PROCEDURE up ( parameterliste );
  FUNCTION up ( parameterliste ) : datentyp;
  OPERATOR up ( operanden ) resultat : datentyp;    { !! Pascal-XSC !! }

(Angegeben sind hier nur die Kopfanweisungen der Deklarationen.)

Achtung:
Eine Reihe anderer Sprachen benutzt PROCEDURE auch zur Deklaration von Funktionen, z.B. Modula, Oberon, Ada.
Der Begriff "Prozedur" kann sowohl als Synonym für "Unterprogramm" verwendet werden als auch den Spezialfall eines Unterprogramm ("eigentliche Prozedur" gegenüber Funktionsprozedur) bezeichnen.
Andererseits sind in Sprachen wie z.B. in C, C++ oder Java Prozeduren (im Sinne von Pascal) als Spezialfälle von Funktionen realisiert.

Prozeduren, Funktionen und Operatoren können innerhalb gewisser Grenzen alternativ eingesetzt werden.

Beispiel: Addition zweier ganzer Zahlen

mittels Operator

  VAR x, y, z : INTEGER;

  z := x + y;

mittels Funktion

  FUNCTION add(x, y: INTEGER) : INTEGER;
  BEGIN
    add := x + y;
  END;

  VAR x, y, z : INTEGER;
    
  z := add(x, y);

mittels Prozedur

  PROCEDURE add(x, y: INTEGER; VAR z: INTEGER);
  BEGIN
    z := x + y;
  END;
    
  VAR x, y, z : INTEGER;

  add(x, y, z);

Es ist in Pascal nicht möglich, Funktionen wie Prozeduren aufzurufen.
In C typische alternative Aufrufe wie

  rueckkehrcode := up(x, y);         { !!  nicht   !! }
  up(x, y);                          { !! zulässig !! }

sind in Pascal unzulässig.

Im Vergleich zeigt sich folgendes:

Die Prozedur bietet das allgemeinste Konzept.
Es sind beliebig viele Ein- und Ausgangsgrößen möglich (Parameterliste).
Eine Anweisung kann maximal einen Prozeduraufruf enthalten.
Prozedurnamen können aussagekräftig gewählt werden.
Die Funktion besitzt eine ausgezeichnete Ausgangsgröße (Funktionswert).
Es sind beliebig viele Eingangsgrößen möglich (Parameterliste). Die Parameterliste kann weitere Ausgangsgrößen enthalten, dies ist jedoch untypisch für eine Funktion.
Der Funktionswert besitzt einen Datentyp, der meist nicht beliebig gewählt werden kann. (Beschränkungen gibt es oft bei nichtelementaren Datentypen.)
Eine Anweisung kann mehrere Funktionsaufrufe enthalten, Funktionen lassen sich aus dieser Sicht flexibler einsetzen.
Funktionsnamen können aussagekräftig gewählt werden.
Operatoren gestatten die kompakteste Darstellung.
Bei der in imperativen Programmiersprachen üblichen Infix-Notation sind aus Gründen der Lesbarkeit nicht mehr als ein oder zwei Eingangsgrößen sinnvoll.
Es gibt genau eine Ausgangsgröße.
Eine Anweisung kann mehrere Operatoren enthalten.
Operatorensymbole müssen sehr kurz und prägnant sein, da sonst die Anweisung schwer lesbar wird. Meist werden Sonderzeichen verwendet.

Operatoren werden typischerweise in den Sprachdefinitionen festgelegt.
Funktionen und Prozeduren werden durch Sprachstandards nicht immer bzw. oft nur für sehr elementare Aufgaben definiert. (Ausnahmen sind C bzw. C++ und Ada). Sprachrealisierungen fügen oft weitere Funktionen und Prozeduren hinzu, die sich aber häufig voneinander unterscheiden (Beispiele dafür sind Pascal und Modula, nichtportable Erweiterungen gibt es aber auch in C-Systemen).

Prozeduren
Funktionen
Operatoren
Direktiven bei der Deklaration von Unterprogrammen
Datenaustausch mit Unterprogrammen
Parameterübergabe an Unterprogramme

Gestaltungsregeln

Für den Aufbau von Unterprogrammen gibt es einige Gestaltungsregeln:

Ein Unterprogramm sollte (genau) eine inhaltlich abgeschlossene Aufgabe lösen.
Ein Unterprogramm sollte überschaubar, d.h. die zu lösende Aufgabe nicht zu komplex sein.
Andererseits sollte die Anzahl der verwendeten Unterprogramme nicht unnötig groß sein, da dann inhaltliche Zusammenhänge schwerer erkennbar werden und der Verwaltungsaufwand steigt.
Ein Unterprogramm sollte genau einen Eintrittspunkt und genau einen Austrittspunkt besitzen.
Im Zusammenhang mit Programmausnahmen ist die Forderung hinsichtlich des Austrittspunktes so zu sehen, daß die Behandlung der Programmausnahmen konzentriert wird.
Die zwischen Eintritts- und Austrittspunkt liegenden Ablaufstrukturen sollten linear durchlaufen werden, ohne das explizite Rücksprünge erfolgen.
Der Datenaustausch der Einheit mit seiner Umgebung sollte über (genau) eine eindeutig beschriebene Schnittstelle laufen.
Der Umfang der auszutauschenden Daten ist so gering wie möglich zu halten.

P. Böhme, 09.09.1996