Perl (8) - Některé základní vestavěné funkce

Vestavěné funkce usnadňují základní úkony. Udělejme si nyní malý přehled, abychom poznali alespoň některé základní možnosti. Dále v průběhu seriálu budeme postupně poznávat další.

2.5.2005 07:00 | Jiří Václavík | Články autora | přečteno 32754×

Jako snad v každém rozšířeném programovacím jazyce jsou i součástí Perlu funkce. Funkce je nějaký program uvnitř programu, kterému je obvykle předáván parametr nebo parametry (pravidlem to ale není) a na základě něj vrátí funkce určitou hodnotu, vytiskne něco na výstup nebo provede jinou činnost. Protože mají funkce návratovou hodnotu, jsou to v kontextu volání výrazy. Nejméně dvě funkce jsme již poznali: print a chomp.

Parametr funkce se zapisuje do závorek. Jestliže závorky neuvedeme, Perl většinou sám pozná, co argumentem je a co ne. Proto můžeme závorky téměř vždy vynechat. Tuto konvenci ostatně u print používáme stále a stejně tak ji budeme používat u dalších vestavěných funkcí.

Později budeme psát naše vlastní funkce. Při volání takových funkcí závorky zpravidla používat budeme. To samé platí o jinak získaných funkcích, které byly do našeho kódu nějak exportované.

Matematické funkce

Začněme u funkcí, které jsou jako funkce chápány v matematice.

Absolutní hodnota potřetí

Posledně jsme vylepšovali náš příklad na výpočet absolutní hodnoty tak, aby byl interaktivní. Absolutní hodnota je příklad jako kovaný pro použití funkce. Místo zdlouhavého testování, zda je vstupní číslo záporné nebo není, použijeme předdefinovanou funkci abs:

#!/usr/bin/perl
use strict;

my $hodnota;
print "Zadejte hodnotu:";
chomp ($hodnota = <STDIN>);

$hodnota = abs $hodnota;
print "Absolutní hodnota zadaného čísla je $hodnota\n";

Funkce abs přijímá jako parametr číslo a vrací jeho absolutní hodnotu. Tu lze získat přiřazením této funkce do proměnné. Pokud chceme návratovou hodnotu funkce přímo vytisknout, uveďme ji jako parametr funkce print.

Goniometrické funkce

Víme, že tan^-1 (1) = pi / 4. Po vynásobení rovnice číslem 4 tak získáme Ludolfovo číslo. Příklad také ilustruje nepovinnost psát závorky i v případech, kdy má funkce více argumentů.

print 4 * atan2 1, 1; #3.14159265358979

Další matematické funkce

Funkce pro práci s řetězci

Funkce substr - ořezávání a nahrazování v řetězcích

substr je velmi obecná a často používaná funkce. Pracuje s podřetězci - vyhledává je v řetězcích, případně je nahrazuje jinými. Řadu speciálních případů volání lze nahradit voláním jednodušších funkcí, které postupně poznáme. Často také lze s řetězcem manipulovat jako s polem, což bývá často rychlejší.

Funkce substr má celkem 4 parametry. Zde je schéma volání:

substr(řetězec, od, kolik, náhrada);

První parametr určuje řetězec, se kterým bude substr pracovat. Druhým parametrem je pozice, která určuje začátek podřetězce. Další parametr definuje, kolik znaků bude obsahovat podřetězec. Posledním parametrem říkáme, čím chceme vybraný podřetězec nahradit. Povinné jsou jen první dva argumenty.

print substr "Pchjongjang", 3;
#Vráceno je vše od 3. pozice napravo - tedy jongjang

print substr "Pchjongjang", 3, 4;
#Vráceny jsou 4 po sobě jdoucí znaky, z nichž 1. je na pravo od 3. pozice - tedy jong

$slovo = "Pchjongjang";
substr $slovo, 3, 4, "jing";
print $slovo;
#Pchjingjang
#Jestliže chceme nahrazovat, je nutné předat funkci řetězec v proměnné - ne jen řetězec (který je vlastně neměnnou konstanou).

$slovo = "Pchjongjang";
substr $slovo, 3, 4, "";
print $slovo;
#Pchjang

Hodnoty od a kolik mohou být také záporné. U od to znamená první pozici na konci atd., u kolik určujeme, kolik znaků má zůstat do konce řetězce.

$slovo = "Pchjongjang";
print substr $slovo, -4, 3;
#jan

$slovo = "Pchjongjang";
print substr $slovo, -4, -3;
#j

$slovo = "Pchjongjang";
substr $slovo, -4, 4, "jing";
print $slovo;
#Pchjongjing
#Jsou nahrazeny 4 znaky vpravo za 4. pozicí od konce

$slovo = "Pchjongjang";
substr $slovo, -11, 9, "Beiji";
print $slovo;
#Beijing

substr má ještě jednu možnost zápisu. Paradoxem je, že se v něm funkce vyskytuje nalevo od operátoru přiřazení. To je napříč programovacími jazyky naprosto unikátní jev. Tyto zápisy mají na řetězec stejný efekt:

substr(retezec, od, kolik, náhrada);
substr(retezec, od, kolik) = náhrada;

Takhle to pak vypadá:

$slovo = "Pchjongjang";
substr($slovo, 3, 4) = "XXX";
print $slovo; #PchXXXjang

$slovo = "Pchjongjang";
$f = (substr($slovo, 3, 4) = "XXX");
print $slovo;#PchXXXjang
print $f;#XXXj

Opět jde ale o ukázku, kterou je dobré vidět a zase na ni zapomenout, neboť bychom si zbytečně znepřehledňovali kód.

Hledání podřetězců

Obě funkce mají 3 parametry:

index(řetězec, hledaný_podřetězec, od);
rindex(řetězec, hledaný_podřetězec, od);

Funkce index a rindex vyhledávají podřetězce uvnitř řetězců. Vracejí pozici prvního znaku hledaného podřetězce v řetězci. Poslední parametr je nepovinný a specifikuje pozici, od které začíná hledání. Není-li v řetězci podřetězec nalezen, vrací funkce -1. index hledá první výskyt, rindex poslední výskyt.

print index  "Zimbabwe", "w";#6
print rindex "Zimbabwe", "w"; #6
print index  "Zimbabwe", "b";#3
print rindex "Zimbabwe", "b"; #5
print index  "Zimbabwe", "b", 4; #5
print rindex "Zimbabwe", "b", 3;#3
print rindex "Zimbabwe", "x"; #-1
print rindex "Zimbabwe", "Z"; #0

Funkce die

Uvedení funkce die znamená výjimku a konec programu. Ty příkazy, které jsou za die, se neprovádí. Jako parametr je možné uvést hlášku, která se zobrazí na výstupu.

if ($selhani == 1){
    die "Nepovedlo se zapsat data!\n";
}

Pokud parametr neukončíme koncem řádku, automaticky se vypíše i místo, kde byla funkce die volána.

Zatím se této funkci nebudeme věnovat podrobněji. Brzy na ni dozajista opět narazíme.

Funkce exit

die a exit mají podobný význam. die, jak už víme, ukončí okamžitě program. exit také. Rozdíl je v tom, kdy se tyto funkce volají. Nám bude zatím stačit, že exit nevydá žádné hlášení o chybě (nemá žádný výstup).

Definovanost proměnných

Funkce defined rozlišuje nedefinovanou hodnotu od všech ostatních - včetně 0 nebo prázdného řetězce. V případě nedefinované hodnoty vrací false.

(Pseudo)náhoda

Naučme se generovat náhodné číslo z rovnoměrného rozdělení. Nejprve musíme inicializovat generátor náhodných čísel. K tomu máme příkaz srand bez parametrů.

V tuto chvíli spustil Perl stopky. Zbývá z nich zachytit nějakou hodnotu.

Do proměnné $i bylo přiřazeno náhodné desetinné číslo z intervalu [0; 983]. Neuvedeme-li mez, vrací funkce hodnoty z intervalu [0; 1].

Chceme-li realizace z diskrétního rovnoměrného rozdělení, dosáhneme toho zaokrouhlením jednotlivých realizací. Například pro generování z dvouprvkové množiny {0, 1} (nebo-li true/false) bychom psali toto.

Příklad - řešení rovnice 2. stupně

Programovat se nelze naučit čtením manuálů nebo opisováním kódu z učebnic, ale psaním svých programů. Je vhodné, aby si každý, kdo se chce naučit programovat, zkusil sám něco napsat.

Zde je příležitost. Zadání úlohy zní: Napište program, který na základě zadání koeficientů ze standartního vstupu spočítá kořeny kvadratické rovnice v množině reálných čísel a vypíše je na výstup (nezapomeňte na všechny podmínky).

Řešení

Takto rozsáhlý příklad jsme zatím nedělali. Sám algoritmus není obtížný, ale je třeba si průběžně uvědomovat, co je v kterém kroku potřeba udělat a co vše může nastat.

U všech větších příkladů se v seriálu budeme snažit postupovat tak, jak bychom ho pravděpodobně řešili na základě intuice. V návodech pro začátečníky by zdrojový kód neměl být vysvětlován řádek po řádku, aniž by byly přiblíženy myšlenky, kterými se k výslednému kódu dospělo.

Tento příklad je ale jedním z těch jednodušších, které lze řešit i metodou od prvního řádku k poslednímu. Takže nejdříve načteme data ze vstupu:

#!/usr/bin/perl
use strict;

my ($a, $b, $c, $x1, $x2);

print "Zadejte koeficienty kvadratické rovnice ax^2 + bx + c = 0\n";
print "a = "; $a = <STDIN>;
print "b = "; $b = <STDIN>;
print "c = "; $c = <STDIN>;

Poté už můžeme začít s výpočtem. Vzorec x₁ = (-b + odmocnina(b^2 - 4*a*c)) / (2*a) popř. x₂ = (-b - odmocnina(b^2 - 4*a*c)) / (2*a) jistě každý zná. Je nutné si uvědomit podmínky řešitelnosti - tj. dávat si pozor jestli neodmocňujeme záporné číslo, nedělíme nulou nebo se nemění počet řešení. Nejprve ošetříme podmínkami speciální případy a poté dopíšeme obecné řešení.

Ošetřme tedy případ, kdy je diskriminant záporný (pro větší názornost používám zápis $b ** 2 - 4 * $a * $c < 0, ale samozřejmě lze nerovnici upravit a použít $b ** 2 < 4 * $a * $c):

if ($b ** 2 - 4 * $a * $c < 0){ 
    die "V množině reálných čísel nemá rovnice řešení.\n";
}

Pokud je diskriminant roven nule, řešení je jen jedno:

if ($b ** 2 - 4 * $a * $c == 0 and $a != 0){ 
    $x1 = $b / (2 * $a);
    die "Řešením dané rovnice je $x1.\n";
}

Další speciální situace nastane, je-li koeficient a = 0. V tom případě jde o lineární rovnici. Do podmínky zahrňme i test koeficientu b, protože to je další speciální případ.

if ($a == 0 and $b != 0){
    $x1 = -$c / $b;
    die "Řešením dané rovnice je $x1.\n";
}

Je-li totiž i koeficient b = 0, jedná se o rovnici nultého stupně. Ta má jako řešení buď všechna reálná čísla a nebo řešení nemá.

if ($a == 0 and $b == 0 and $c != 0){ 
    die "V množině reálných čísel nemá rovnice řešení.\n";
}

if ($a == 0 and $b == 0 and $c == 0){ 
    die "Řešením rovnice jsou všechna reálná čísla.\n";
}

Všechny speciální případy jsou vyřešeny, tak se můžeme pustit do obecného řešení. Sem se program dostane pouze pokud nevyhověly vstupní hodnoty některému předchozímu případu.

$x1 = ($b + sqrt($b ** 2 - 4 * $a * $c)) / (2 * $a);
$x2 = ($b - sqrt($b ** 2 - 4 * $a * $c)) / (2 * $a);

print "Řešením dané rovnice je $x1 a $x2.\n";

Poznámka: Samozřejmě to není jediné řešení problému. Další možností by mohla být například podmínka if ($a == 0){ ... } else { ... }, v jejíž větvích by byly další podmínky..

Zde máme výsledek:

$ ./kvadraticka_rovnice.pl
Zadejte koeficienty kvadratické rovnice ax^2 + bx + c = 0
a = 5
b = 2
c = 5
V množině reálných čísel nemá rovnice řešení
$ ./kvadraticka_rovnice.pl
Zadejte koeficienty kvadratické rovnice ax^2 + bx + c = 0
a = 2
b = 5
c = 3
Řešením dané rovnice je 1.5 a 1.
$ ./kvadraticka_rovnice.pl
Zadejte koeficienty kvadratické rovnice ax^2 + bx + c = 0
a = 5
b = 10
c = 5
Řešením dané rovnice je 1.
$ ./kvadraticka_rovnice.pl
Zadejte koeficienty kvadratické rovnice ax^2 + bx + c = 0
a = sh
b = hgf
c = shgfd
Řešením rovnice jsou všechna reálná čísla.
$

V posledním případě byly řetězce automaticky konvertovány na čísla.

Verze pro tisk