C++学习——第8章使用函数编程

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-05-11 20:06 366阅读 0赞

**1. 函数**

**1.1 定义函数**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p><a rel="nofollow"></a><a rel="nofollow">double power (double x, int n)</a></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中包含三部分：返回值的数据类型（double），函数名power和在圆括号中的函数的参数列表。注意：在函数头的最后不需要加上分号。

一般形式：

如果函数没有返回值，返回类型就由void关键字指定。

函数也可以没有任何参数：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>void MyFunction()</p> <p>或者：</p> <p>void MyFunction(void)</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意参数的类型不能是void

注意：由于用void指定返回类型的函数没有返回值，因此这种函数不能再调用程序的表达式中使用。此函数不等于任何值，测试其值或者给它赋值是没有意义的。以这种方式使用这类函数，编译器会产生错误消息。

** **

**1.2 函数体**

**代码：使用函数**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    double power(double x, int n)
    {
    	double result = 1.0;
    	if (n >= 0)
    		for (int i = 0; i < n; i++)
    			result *= x;
    	else
    		for (int i = 0; i < -n; i++)
    			result /= x;
    
    	return result;
    }
    
    int main()
    {
    	cout << endl;
    
    	for (int i = -3; i <= 3; i++)
    		cout << setw(10) << power(8.0, i);
    
    	cout << endl;
    	return 0;
    }

power()函数调用了7次，每次调用时，第一个参数都是8.0，而第二个参数i的值，从-3到+3。输出为7个值，分别是8\-3,、8\-2、8\-1、80、81、82和83。

** **

**1.3 参数和变元**

在调用函数值，要通过指定的变元把信息传送给函数。在调用时，变元放在函数名后面的圆括号中。如：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>cout &lt;&lt; std::setw(10) &lt;&lt; power(8.0, i);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

在调用函数式，指定的变元将代替在函数定义中使用的参数。函数中的代码在执行时，就使用变元值来初始化对应的参数。

** **

**1.4 返回值**

一般情况下，在调用返回类型不是void的函数时，该函数必须返回一个值，其类型已在函数头中指定。因此在调用函数power()的表达式中，power()实际上是一个double类型的值。

**return语句**

一般形式：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>return expression;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中，expreesion必须等于在函数头中为返回值指定的类型的值。该表达式还可以是任何表达式，只要其值是指定的类型即可。它可以包含函数调用，甚至可以包含同一函数的调用。

如果返回类型指定为void，return语句中不应有表达式：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>return;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**2. 函数的声明**

可以再使用之前声明函数，或者通过函数原型来定义函数。

**函数原型**

可以把power()函数的函数原型写为：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>double power(double x, int n);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意有分号

**3. 给函数传送参数**

**3.1 按值传送机制**

**代码：给函数传送变元——编写一个函数，它试图修改它的一个变元，但是不会成功**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    double change_it(double it);
    
    int main()
    {
    	double it = 5.0;
    	double result = change_it(it);
    
    	cout << "After function execution, it = " << it << endl
    		 << "Result returned is " << result << endl;
    
    	return 0;
    }
    
    double change_it(double it)
    {
    	it += 10.0;
    	cout << endl
    		 << "Within function, it = " << it << endl;
    	return it;
    }

从输出中，可以看出，在函数change\_it()中给变量it加上10，对main()中的变量it没有任何影响。

函数change\_it()中的变量it时该函数的局部变量，在调用该函数时，会引用所传送的变元值的**副本**。

当然，在返回change\_it()的局部变量it的值时，会制作其当前值的副本，把该副本返回给调用程序。

** **

**给函数传送指针**

**代码：传送指针——如上修改变元的值，这次成功了**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    double change_it(double* pointer_to_it);
    
    int main()
    {
    	double it = 5.0;
    	double result = change_it(&it);
    
    	cout << "After function execution, it = " << it << endl
    		 << "Result returned is " << result << endl;
    
    	return 0;
    }
    
    double change_it(double* pit)
    {
    	*pit += 10.0;
    	cout << endl
    		 << "Within function, it = " << *pit << endl;
    	return *pit;
    }

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>double change_it(double* pointer_to_it);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中在函数原型中的参数名可以与函数定义中的参数名不相同

在main()中，声明并初始化变量it后，就再调用change\_it()函数时，给它传送变量it的地址：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>double result = change_it(&amp;it);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

不需要创建一个指针变量来存储it的地址。只需要给函数传送的地址，可以再函数调用使用地址运算符。

**给函数传送数组**

**代码：把数组作为函数的参数传送**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    double average(double array[], int count);
    
    int main()
    {
    	double values[] = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0};
    
    	cout << endl
    		 << " Average = "
    		 << average(values, (sizeof values)/(sizeof values[0]))
    		 << endl;
    
    	return 0;
    }
    
    double average(double array[], int count)
    {
    	double sum = 0.0;
    	for (int i = 0; i < count; i++)
    		sum += array[i];
    	return sum/count;
    }

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>double average(double array[], int count);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

从函数原型中可以看出，它接受两个参数，数组和数组中元素的个数：

第一个参数指定为double类型的数组，不能在方括号中指定数组的大小，即使指定也没有效果。这是因为数组第一维的大小不是其类型的一部分（在考虑多维数组的指针时，也会有类似的问题）。

代码：在传送数组时使用指针表示法

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    double average(double* array, int count);
    
    int main()
    {
    	double values[] = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0};
    
    	cout << endl
    		 << " Average = "
    		 << average(values, (sizeof values)/(sizeof values[0]))
    		 << endl;
    
    	return 0;
    }
    
    double average(double* array, int count)
    {
    	double sum = 0.0;
    	for (int i = 0; i < count; i++)
    		sum += *array++;
    	return sum/count;
    }

这里的for循环，很有意思：注意修改的地方，函数原型和函数定义的参数，不是带有方括号的数组名，而是\*array。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>sum += *array++;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

按值传送机制复制了原数组地址，并把副本传送给函数。我们修改的是副本，原数组地址并没有修改。一般情况下，只要给函数传送一维数组，就可以把所传送的值作为指针，以任何方式修改地址。（这一段不太懂）

**代码：传送多维数组**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    double yield(double array[][4], int n);
    
    int main()
    {
    	double beans[3][4] = {	{1.0, 2.0, 3.0, 4.0}, 
    							{5.0, 6.0, 7.0, 8.0},
    							{9.0, 10.0, 11.0, 12.0}
    							};
    
    	cout << endl
    		 << "Yield = " << yield(beans, sizeof beans/sizeof beans[0])
    		 << endl;
    	return 0;
    }
    
    double yield(double array[][4], int count )
    {
    	double sum = 0.0;
    	for (int i=0; i<count; i++)
    		for (int j=0; j<4; j++)
    			sum += array[i][j];
    
    	return sum;
    }

函数yield()的第一个参数定义为一个数组，它有任意多行，但是每行有4个元素。

3.2 按引用传送机制

要指定引用类型，只需在类型名的后面加上&。

引用只是另一个变量的别名，引用类型的变量存储对其他变量的引用。在把函数参数指定为引用类型时，函数就要使用按引用传送机制来传送参数。在调用函数时，对应于引用参数的变元**不会复制**，因为参数名就是调用程序中该变元值的别名。只要在函数体中使用参数名，它就会直接访问调用函数值中的变元值。

** **

**引用有风险：**引用很高效，但是也有负面影响（安全性等）。

**代码：引用参数**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    using namespace std;
    
    int larger(int& m, int& n);
    
    int main()
    {
    	int value1=10;
    	int value2=20;
    	cout<<endl<<larger(value1, value2)<<endl;
    	return 0;
    }
    
    int larger(int& m, int& n)
    {
    	return m>n ? m : n;
    }

使用常量引用

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>int larger(const int&amp; m, const int&amp; n);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

现在函数可以处理变量和常量了。只要不打算修改传送过来的参数，就总是可以把参数定义为const。

使用const引用参数，就可以获得引用参数的高性能和高效率，以及按值传送方法的安全性。

** **

**引用和指针**

在大多数情况下，使用引用参数比使用指针更好。只要可能就应该把引用参数声明为const，因为这会为调用程序提供参数的安全性。

**二者区别：**指针和引用的一个**重要区别**是，指针可以为空，而引用总是要引用某个数据项——当然，只要它不是空指针的一个别名。如果允许参数为空，惟一的选择就是指针参数。指针参数可以为空，所以必须在解除对指针的引用之前测试它。如果试图解除对空指针的引用，程序就会崩溃。

**声明引用**

引用不会显示为函数的参数。引用可以以另一个变量的别名独立存在。假定有一个变量声明为：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>long number = 0;</p> <p><a rel="nofollow"></a><a rel="nofollow">long&amp; rnumber = number;</a></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

类型long后面的宏&表示声明一个引用，等号后面的初始化值指定为变量名number。因此，rnumber是“引用long”类型。

同声明指针一样，&也可以放到变量名前面：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>long &amp;rnumber = number;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**一些约束：**

1.      声明引用时，引用必须总是初始化为变量的一个别名。

2.      在声明引用时，决不能不对它进行初始化。（必须初始化）

3.      引用时固定的，在声明之后就不能修改，它总是同一个变量的别名。

使用指针和使用引用有一个显著区别：指针需要解除引用，才能获得或操作它指向的变量值，而引用不需要这一步。在某些方面，引用类似于已解除引用的指针，但引用不能修改为引用另一个变量。

引用是与引用的变量完全等价的。

** **

**3.3   main()的参数**

函数main()可以有参数：

** **

**4.       默认的参数值**

在许多情况下，给一个或多个函数参数赋予默认值是非常有用的。这意味着，仅需要在希望参数值不同于默认值时，为参数指定值。

例如：有一个函数要用于输出标准的错误消息。大多数情况下，使用默认的消息就足够了，但有时候需要指定另一个消息。为此，可在函数原型中为参数指定默认值。输出消息的函数的定义如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>void show_error(const char* message)</p> <p>{ </p> <p>&nbsp; cout&lt;&lt;endl&lt;&lt;message&lt;&lt;endl;</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

要指定默认消息，可以再这个**函数的原型**中编写一个字符串，用作默认的参数值，如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>void show_error(const char* message=”Program Error”);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果要使用该函数输出默认的消息，在调用它可以不指定参数，如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>show_error();</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

该函数会显示结果：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>Program Error</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果要提供某个消息，就可以指定函数的参数：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>show_error(“Nothing works!”);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面使用string类型的参数定义show\_error()函数，而不是C样式的字符串。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>void show_error(const string message=”Program Error”);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

** **

**代码：使用多个默认参数值**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    #include <string>
    using namespace std;
    
    void show_data(const int data[], int count=1, const string& title = "Data Values", int width = 10, int perLine = 5);
    
    int main()
    {
    	int samples[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};
    
    	int dataItem=99;
    	show_data(&dataItem);
    	
    	dataItem=13;
    	show_data(&dataItem, 1, "Unlucky for some!");
    	
    	show_data(samples, sizeof samples/sizeof samples[0]);
    	show_data(samples, sizeof samples/sizeof samples[0], "samples");
    	show_data(samples, sizeof samples/sizeof samples[0], "samples", 14);
    	show_data(samples, sizeof samples/sizeof samples[0], "samples", 14, 4);
    
    	return 0;
    }
    
    void show_data(const int data[], int count, const string& title, int width, int perLine)
    {
    	cout<<endl<<title;
    
    	for(int i=0; i<count; i++)
    	{
    		if(i % perLine==0)
    			cout<<endl;
    		cout<<setw(width)<<data[i];
    	}
    	cout<<endl;
    }

5.       从函数中返回值 ** **

**5.1 返回一个指针**

在从函数中返回一个指针时，必须确保它指向的地址是0，或者在调用函数仍旧有效的内存地址。换言之，在指针返回到调用函数中后，指针所指向的变量必须仍在其作用域中。其中的**黄金规则**：**不要从函数中返回自动局部变量的地址。**

例如：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>int* larger(int* a, int* b)</p> <p>{ </p> <p>&nbsp; if(*a&gt;*b)</p> <p>return a;</p> <p>&nbsp; else</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; return b;</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

可以用以下代码调试该函数：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>*larger(&amp;value1, &amp;value2)=100;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**5.2 返回一个引用**

引用的**黄金规则**：**不要从函数中返回自动局部变量的引用。**

例如：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>int&amp; larger(int&amp; m, int&amp; n)</p> <p>{ </p> <p>&nbsp; return m&gt;n?m:n;</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

返回类型是对int的引用，参数是非常量的引用。我们要返回某个引用参数，就不能把参数声明为const。

用以下语句来使用该函数修改两个参数中的较大值：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>larger(value1,value2)=50;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

** **

**5.3   从函数中返回新变量**

在函数中，可以再自由存储区中创建新变量，并通过指针返回值将它返回给调用程序。使用new运算符就可以为新变量分配内存空间，并返回其地址。

危险大，内存泄露的可能性非常高。每次调用这样的函数时，都要在自由存储区中分配更多的内存。调用函数应负责使用**delete运算符**来释放这些内存。

** **

**6.       内联函数**

如果函数非常短，编译器为处理传送过来的参数以及返回结果的代码的系统开销，与进行实际计算的代码相比就非常多。这两类代码的执行时间非常相关。

在极端情况下，调用函数的代码占用的内存会比函数体中的代码还多。在这种情况下，**编译器就应使用函数体中的实际代码替代函数的调用，并做适当的调整，已处理局部名称**。这会使得程序更短更快。

为了让编译器完成此任务，可以在函数的定义中使用inline关键字。如：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>inline int larger(int m, int n)</p> <p>{ </p> <p>&nbsp; return m&gt;n?m:n;</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

通过这个定义，编译器就会用内联代码替代调用。

但是这只是一个建议，它取决于编译器是否采纳这个建议。把函数声明为inline，函数的定义就必须可以再调用函数的每个源文件中使用。因此，内联函数的定义通常放在**头文件**中，而不是源文件中，该头文件包含在使用该函数的每个源文件中。

（不同的编译器采用不同的规则来确定定义为inline的函数是否用内联代码代替其调用。

有时编译器选择不按照请求把函数看做内联函数，这有个缺点：在这个情况下，函数调用会按照正常的函数调用来编译，但编译器一般还是会把该函数看做源文件的本地函数，所以每个使用它的源文件都要拥有该函数的已编译副本。结果是，如果函数在几个不同的源文件中使用，函数的代码就要进行不必要的重复。

** **

**7.       静态变量**

前面编写的所有函数中，**函数体**在每次执行之后**都不会保留任何信息**。假定要计算某个函数的调用次数，怎么办？

一种方法：在文件作用域定义一个变量，然后再在函数中递增它。但是这个方法不好控制。

另一种方法：在函数体重把该变量声明为static，静态变量。

静态变量在定义它的语句中创建，在此之后，它一直存在，知道程序结束为止。

下面的函数示例声明了一个静态变量：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>void nexInterger()</p> <p>{ </p> <p>&nbsp; static int count=1;</p> <p>&nbsp; cout&lt;&lt;endl&lt;&lt;count++;</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

只要程序在执行，以后对函数的调用都会使用count的当前值。

**代码：在函数中使用静态变量**

#include <iostream>
    #include <iomanip>
    #include <string>
    using namespace std;
    
    long next_Fibonacci();
    
    int main()
    {
    	cout<<endl<<"The Fibonacci Series"<<endl;
    	for(int i=0; i<30; i++)
    	{
    		if(i%5==0)
    			cout<<endl;
    		cout<<setw(12)<<next_Fibonacci();
    	}
    	cout<<endl;
    	return 0;
    }
    
    long next_Fibonacci()
    {
    	static long last=0;
    	static long last_but_one=1;
    
    	long next = last + last_but_one;
    	last_but_one = last;
    	last = next;
    	return last;
    }

只要程序存在，静态变量就存在，但静态变量只能在声明它们的块中访问，所以变量last和last\_but\_one只能在next\_Fibonacci()函数体中访问。