Funktionen programmieren: Aufbau und Anwendung

Eine Funktion ist ein Teil eines Programms, den du mit einem Namen ansprechen kannst. In Python beginnt die Definition mit dem Schlüsselwort def. Danach folgt der Funktionsname. Die Anweisungen der Funktion stehen darunter als Block. Python erkennt den Block an der Einrückung, nicht an geschweiften Klammern.

Die Definition legt also fest, was die Funktion tut. Ausgeführt wird sie durch einen Aufruf. Dafür schreibst du den Namen mit Klammern, zum Beispiel HalloWelt(). Danach geht es im Programm an der Stelle weiter, an der du aufgerufen hast. Du kannst dieselbe Funktion mehrmals aufrufen.

Schau dir die Funktion summe im Beispiel an. Ihr Name steht hinter def: summe. Danach folgen in Klammern die Parameter a, b und c. Parameter sind Variablen, durch die man eine Funktion auf bestimmte Werte „einstellen“ kann. Der Rückgabewert wird mit der Anweisung return bestimmt. Hier ist es der Wert der Variablen wert.

Beim Aufruf summe(1, 7, 3) gibst du die Werte 1, 7 und 3 mit. Diese Werte heißen Argumente oder tatsächliche Parameter. Die Parameter a, b und c in der Definition heißen formale Parameter. Der Aufruf liefert 1 + 7 + 3 = 11 zurück.

Die Vorbedingung legt fest, unter welchen Voraussetzungen das Verhalten einer Funktion definiert ist. Ein Beispiel: Die Funktion ringarea berechnet die Fläche zwischen zwei Kreisen mit gemeinsamem Mittelpunkt. Ihre Radien heißen r1 und r2. Dabei wird vorausgesetzt, dass r1 größer oder gleich r2 ist. Wenn die Vorbedingung gilt, müssen nach der Ausführung alle Nachbedingungen erfüllt sein. Das sind Bedingungen, die nach der Ausführung gelten müssen. Sonst ist das Programm nicht korrekt.

Ein Unterprogramm ist ein Teil eines Programms, der eine bestimmte Funktionalität bereitstellt. Andere Programmteile können es aufrufen. Funktionen sind solche Teile.

Die beiden wichtigsten Vorteile sind die Wiederverwendbarkeit von Programmteilen und die bessere Verständlichkeit und Wartbarkeit des Programmtexts. Wiederverwendbar heißt: Du schreibst einen Teil einmal und rufst ihn an mehreren Stellen auf, so wie HalloWelt() zweimal. Verständlicher heißt: Funktionen gliedern den Programmtext und gestalten den Code übersichtlich. Wartbar heißt: Man kann den Programmtext leichter pflegen.

Funktionen ersparen dem Programmierer außerdem wertvolle Entwicklungszeit. Sie helfen auch dabei, im Team gemeinsam an Aufgaben zu arbeiten.

Rückgabewert: Eine Funktion gibt einen Wert zurück, den man direkt verwenden kann, zum Beispiel in einer Rechnung. Das unterscheidet sie von einer Prozedur, also einem Unterprogramm ohne Rückgabewert. Der Rückgabewert wird mit return bestimmt.

Ausgabe: Die Funktion hello(message) gibt mit print den Text auf dem Bildschirm aus, liefert aber keinen Wert zurück. In Programmiersprachen wie Python oder Java wird trotzdem jedes Unterprogramm Funktion genannt. In anderen Sprachen wie Pascal oder BASIC heißen nur die Unterprogramme so, die einen Wert zurückliefern.

Nebeneffekt: Eine globale Variable ist eine Variable, die außerhalb der Funktion festgelegt wurde. Ändert eine Funktion eine solche Variable, wird das häufig Nebeneffekt genannt. Manchmal sagt man auch Seiteneffekt. Hat eine Funktion in Python eine lokale Variable mit dem gleichen Namen wie eine äußere Variable, bleibt die äußere Variable unberührt. Möchte man es anders haben, muss man mit dem Schlüsselwort global den Zugriff auf die äußere Variable ausdrücklich anfordern. Zugriffe auf globale Variablen vermindern die Lesbarkeit des Codes.

Zur Einordnung: Zu den Funktionen mit unspezifizierten Wirkungen gehören in der Regel alle, die mit der Ein- oder Ausgabe von Daten zu tun haben. Solche Wirkungen liegen außerhalb der Betrachtung des Systems. Dazu kann je nach Definition auch die Bildschirmausgabe gehören. Wirkungsfrei sind in Hochsprachen etwa mathematische Funktionen wie Sinus, Kosinus oder Quadratwurzel.

In funktionalen Programmiersprachen sind Funktionen Werte, mit denen man wie mit Zahlen oder Listen arbeiten kann. (Funktionale Programmiersprachen sind Sprachen, in denen das so ist.) Eine Funktion kann dort Argument oder Ergebnis einer anderen Funktion sein. Auch in Python dürfen Funktionen als Argumente auftreten.

Eine Funktion, die eine andere Funktion als Argument erwartet, nennt man Funktion höherer Ordnung. Ein Standardbeispiel der funktionalen Programmierung ist map. Sie erhält eine Funktion f und eine Liste l und gibt die modifizierte Liste zurück, die entsteht, wenn f auf jedes Element von l angewendet wird. Wie genau map in neueren Python-Versionen sein Ergebnis liefert, behandeln wir hier nicht.

Im Beispiel übergibst du den Namen quadriere. Du gibst also die Funktion selbst mit und rufst sie nicht selbst auf. map wendet sie dann auf jedes Element der Liste an.