【C++学习第四讲】函数入门

￡神魔★判官ぃ 2023-10-02 22:53 35阅读 0赞

#### 目录：C++函数 ####

*  一、前言
 *  二、使用有返回值的函数
 *  三、函数变体
 *  四、用户定义的函数
 *   *  4.1 引入
     *  4.2 函数格式
     *  4.3 函数头
 *  五、用户定义的有返回值的函数
 *  六、 在多函数程序中使用using编译指令
 *  七、命名约定

## 一、前言 ##

由于函数用于创建C++程序的模块，对C++的OOP（面向对象程序设计）定义至关重要，因此必须熟悉它。

C++函数分两种：有返回值的和没有返回值的。

在标准C++函数库中可以找到这两类函数的例子，您也可以自己创建这两种类型的函数。

下面首先来看一个有返回值的库函数，然后介绍如何编写简单的函数。

## 二、使用有返回值的函数 ##

**有返回值的函数将生成一个值**，而这个值可赋给变量或在其他表达式中使用。

例如，标准C/C++库包含一个名为sqrt( )的函数，它返回平方根。假设要计算6.25的平方根，并将这个值赋给变量x，则可以在程序中使用下面的语句：

x = sqrt(6.25);

表达式sqrt(6.25)将调用sqrt( )函数。表达式sqrt(6.25)被称为函数调用，被调用的函数叫做被调用函数（called function），包含函数调用的函数叫做调用函数（calling function）。

圆括号中的值（这里为6.25）是发送给函数的信息，这被称为传递给函数。以这种方式发送给函数的值叫做参数。

函数sqrt( )得到的结果为2.5，并将这个值发送给调用函数；发送回去的值叫做函数的返回值（return value）。

可以这么认为，函数执行完毕后，语句中的函数调用部分将被替换为返回的值。因此，这个例子将返回值赋给变量x。

简而言之：

*  参数是发送给函数的信息
 *  返回值是从函数中发送回去的值

调用函数的示意图如下：

![在这里插入图片描述][6a6bc285d9c44c5d95f67142f3c4b44b.png]

函数调用的句法如下：

![在这里插入图片描述][43c55310eeaf46be80f600ede39c5b7b.png]

情况基本上就是这样，只是在使用函数之前，C++编译器必须知道函数的参数类型和返回值类型。

也就是说，函数是返回整数、字符、小数、有罪裁决还是别的什么东西？如果缺少这些信息，编译器将不知道如何解释返回值。C++提供这种信息的方式是使用函数原型语句。

C++程序应当为程序中使用的每个函数提供原型。

函数原型之于函数就像变量声明之于变量—指出涉及的类型。

例如，C++库将sqrt( )函数定义成将一个（可能）带小数部分的数字（如6.25）作为参数，并返回一个相同类型的数字。有些语言将这种数字称为实数，但是C++将这种类型称为double。

sqrt( )的函数原型像这样：

double sqrt(double);

第一个double意味着sqrt( )将返回一个double值。括号中的double意味着sqrt( )需要一个double参数。因此该原型对sqrt( )的描述和下面代码中使用的函数相同：

double x;
    x = sqrt(6.25);

原型结尾的分号表明它是一条语句，这使得它是一个原型，而不是函数头。如果省略分号，编译器将把这行代码解释为一个函数头，并要求接着提供定义该函数的函数体。

在程序中使用sqrt( )时，也必须提供原型。可以用两种方法来实现：

1.  在源代码文件中输入函数原型
2.  包含头文件cmath（老系统为math.h），其中定义了原型

第二种方法更好，因为头文件更有可能使原型正确。对于C++库中的每个函数，都在一个或多个头文件中提供了其原型。请通过手册或在线帮助查看函数描述来确定应使用哪个头文件。例如，sqrt( )函数的说明将指出，应使用cmath头文件。（同样，可能必须使用老式的头文件math.h，它可用于C和C++程序中。）

不要混淆函数原型和函数定义。

可以看出，原型只描述函数接口。也就是说，它描述的是发送给函数的信息和返回的信息。而定义中包含了函数的代码，如计算平方根的代码。C和C++将库函数的这两项特性（原型和定义）分开了。库文件中包含了函数的编译代码，而头文件中则包含了原型。

应在首次使用函数之前提供其原型。通常的做法是把原型放到main( )函数定义的前面。

下面的演示了库函数sqrt( )的用法，它通过包含cmath文件来提供该函数的原型：

#include<iostream>
    #include<cmath>
    int main() {
        
    	using namespace std;
    	double x;
    	cout << "请输出一个数字：";
    	cin >> x;
    	double y;
    	y = sqrt(x);
    	cout << "y的值为：" << y << endl;
    	return 0;
    }

如果使用的是老式编译器，则必须在程序中使用\#include <math.h>，而不是\#include。

C++库函数存储在库文件中。编译器编译程序时，它必须在库文件搜索您使用的函数。至于自动搜索哪些库文件，将因编译器而异。如果运行程序清单2.4时，将得到一条消息，指出\_sqrt是一个没有定义的外部函数（似乎应当避免），则很可能是由于编译器不能自动搜索数学库（编译器倾向于给函数名添加下划线前缀—提示它们对程序具有最后的发言权）。

下面是该程序的运行情况：

请输出一个数字：12
    y的值为：3.4641
    
    D:\C++Project\Project1\x64\Debug\Project1.exe (进程 47948)已退出，代码为 0。
    要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
    按任意键关闭此窗口. . .

由于sqrt( )处理的是double值，因此这里将变量声明为这种类型。声明double变量的句法与声明int变量相同：  
![在这里插入图片描述][0b7f782e2e3248228e6bdfa5e530a6b8.png]  
double类型使得变量x和y能够存储带小数的值，如1 536.0和39.191 8。将看起来是整数（如1536）的值赋给double变量时，将以实数形式存储它，其中的小数部分为.0。double类型覆盖  
的范围要比int类型大得多。

C++允许在程序的任何地方声明新变量，因此sqrt.cpp在要使用y时才声明它。C++还允许在创建变量时对它进行赋值，因此也可以这样做：

double y = sqrt(x);

这个过程叫做初始化（initialization）。后面会详细讲解。

cin知道如何将输入流中的信息转换为double类型，cout知道如何将double类型插入到输出流中。前面讲过，这些对象都很智能化。

## 三、函数变体 ##

有些函数需要多项信息。这些函数使用多个参数，参数间用逗号分开。

例如，数学函数pow( )接受两个参数，返回值为以第一个参数为底，第二个参数为指数的幂。该函数的原型如下：

double pow(double, souble);

要计算5的8次方，可以这样使用该函数：

output = pow(5.0, 8.0);

另外一些函数不接受任何参数。

例如，有一个C库（与cstdlib或stdlib.h头文件相关的库）包含一个rand( )函数，该函数不接受任何参数，并返回一个随机整数。该函数的原型如下：

int rand(void);

关键字void明确指出，该函数不接受任何参数。

如果省略void，让括号为空，则C++将其解释为一个不接受任何参数的隐式声明。可以这样使用该函数：

a = rand();

注意，与其他一些计算机语言不同，在C++中，函数调用中必须包括括号，即使没有参数。

还有一些函数没有返回值。例如，假设编写了一个函数，它按美元、美分格式显示数字。当向它传递参数23.5时，它将在屏幕上显示$23.50。由于这个函数把值发送给屏幕，而不是调用程序，因此不需要返回值。可以在原型中使用关键字void来指定返回类型，以指出函数没有返回值：

void bucks(double);

由于它不返回值，因此不能将该函数调用放在赋值语句或其他表达式中。相反，应使用一条纯粹的函数调用语句：

bucks(23.50);

在有些语言中，有返回值的函数被称为函数（function）；没有返回值的函数被称为过程（procedure）或子程序（subroutine）。但C++与C一样，这两种变体都被称为函数。

## 四、用户定义的函数 ##

### 4.1 引入 ###

标准C库提供了140多个预定义的函数。如果其中的函数能满足要求，则应使用它们。但用户经常需要编写自己的函数，尤其是在设计类的时候。无论如何，设计自己的函数很有意思，下面来介绍这一过程。

前面已经使用过好几个用户定义的函数，它们都叫main( )。每个C++程序都必须有一个main( )函数，用户必须对它进行定义。假设需要添加另一个用户定义的函数。和库函数一样，也可以通过函数名来调用用户定义的函数。

对于库函数，在使用之前必须提供其原型，通常把原型放到main( )定义之前。但现在您必须提供新函数的源代码。最简单的方法是，将代码放在main( )的后面。

#include<iostream>
    void s(int);
    int main() {
        
    	using namespace std;
    	s(3);
    	cout << "请输入一个数字：";
    	int count;
    	cin >> count;
    	s(count);
    	cout << "完成！" << endl;
    	return 0;
    }
    void s(int n) {
        
    	using namespace std;
    	cout << "数字为:" << n << endl;
    }

main( )函数两次调用s( )函数，一次的参数为3，另一次的参数为变量count。

在这两次调用之间，用户输入一个整数，用来设置count的值。这个例子没有在cout提示消息中使用换行符。这样将导致用户输入与提示出现在同一行中。下面是运行情况：

数字为:3
    请输入一个数字：10
    数字为:10
    完成！
    
    D:\C++Project\Project1\x64\Debug\Project1.exe (进程 45188)已退出，代码为 0。
    要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
    按任意键关闭此窗口. . .

### 4.2 函数格式 ###

s( )函数的定义与main( )的定义采用的格式相同。首先，有一个函数头；然后是花括号中的函数体。可以把函数的格式统一为如下的情形：

![在这里插入图片描述][70f7c2d09f4a4e69a2d3372656bd5a5f.png]  
注意，定义s( )的源代码位于main( )的后面。和C一样，C++不允许将函数定义嵌套在另一个函数定义中。每个函数定义都是独立的，所有函数的创建都是平等的。

### 4.3 函数头 ###

s()函数的函数头如下：

void s(int n)

开头的void表明s( )没有返回值，因此调用s( )不会生成可在main( )中将其赋给变量的数字。因此，第一个函数调用方式如下：

s(3);

由于s( )没有返回值，因此不能这样使用它：

output = s(3);

函数定义在文件中依次出现:

![在这里插入图片描述][54e67a59b5a74c0987e084aefcdcf6fd.png]

括号中的int n表明，使用s( )时，应提供一个int参数。n是一个新的变量，函数调用时传递的值将被赋给它。因此，下面的函数调用将3赋给s( )函数头中定义的变量n：

s(3);

当函数体中的cout语句使用n时，将使用函数调用时传递的值。这就是为什么`s(3)`在输出中显示3的原因所在。

简而言之，s( )的函数头表明，该函数接受一个int参数，不返回任何值。

下面复习一下main( )的函数头：

int main()

开头的int表明，main( )返回一个整数值；空括号（其中可以包含void）表明，main( )没有参数。对于有返回值的函数，应使用关键字return来提供返回值，并结束函数。这就是为什么要在main( )结尾使用下述语句的原因：

return 0;

这在逻辑上是一致的：main( )返回一个int值，而程序员要求它返回整数0。但可能会产生疑问，将这个值返回到哪里了呢？毕竟，程序中没有哪个地方可以看出对main( )的调用：

output = main();

答案是，可以将计算机操作系统（如UNIX或Windows）看作调用程序。

因此，main( )的返回值并不是返回给程序的其他部分，而是返回给操作系统。

很多操作系统都可以使用程序的返回值。

例如，UNIX外壳脚本和Windows命令行批处理文件都被设计成运行程序，并测试它们的返回值（通常叫做退出值）。

通常的约定是，退出值为0则意味着程序运行成功，为非零则意味着存在问题。因此，如果C++程序无法打开文件，可以将它设计为返回一个非零值。然后，便可以设计一个外壳脚本或批处理文件来运行该程序，如果该程序发出指示失败的消息，则采取其他措施。

## 五、用户定义的有返回值的函数 ##

我们再深入一步，编写一个使用返回语句的函数。

main( )函数已经揭示了有返回值的函数的格式：在函数头中指出返回类型，在函数体结尾处使用return。

可以用这种形式为在英国观光的人解决重量的问题。在英国，很多浴室都以英石（stone）为单位，不像美国以磅或公斤为单位。一英石等于14磅，下面的示例程序使用一个函数来完成这样的转换。

#include<iostream>
    int stone(int);
    int main() {
        
    	using namespace std;
    	int s;
    	cout << "请输入一个整数:";
    	cin >> s;
    	int puns = stone(s);
    	cout << s << " s = ";
    	cout << puns << " puns ";
    	return 0;
    }
    int stone(int n) {
        
    	return 14 * n;
    }

下面是程序的运行结果：

请输入一个整数:5
    5 s = 70 puns
    D:\C++Project\Project1\x64\Debug\Project1.exe (进程 24544)已退出，代码为 0。
    要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
    按任意键关闭此窗口. . .

在main( )中，程序使用cin来给整型变量s提供一个值。这个值被作为参数传递给stone( )函数，在该函数中，这个值被赋给变量n。然后，stone( )用关键字return将14\*n返回给main( )。这表明  
return后面并非一定得跟一个简单的数字。这里通过使用较为复杂的表达式，避免了创建一个新变量，将结果赋给该变量，然后将它返回。程序将计算表达式的值，并将其返回。如果返回表达式的值很麻烦，可以采取更复杂的方式：

int stone(int n) {
        
    	int pubs = 14 * n;
    	return pubs;
    }

这两个版本返回的结果相同，但第二个版本更容易理解和修改，因为它将计算和返回分开了。

通常，在可以使用一个简单常量的地方，都可以使用一个返回值类型与该常量相同的函数。

这些例子表明，函数原型描述了函数接口，即函数如何与程序的其他部分交互。参数列表指出了何种信息将被传递给函数，函数类型指出了返回值的类型。程序员有时将函数比作一个由出入它们的信息所指定的黑盒子（black boxes）（电工用语）。函数原型将这种观点诠释得淋漓尽致:

![在这里插入图片描述][d83a13c036b449849df78c24a0418c5f.png]  
函数stone( )短小、简单，但包含了全部的函数特性：

*  有函数头和函数体
 *  接受一个参数
 *  返回一个值
 *  需要一个原型

可以把stone( )看作函数设计的标准格式。

## 六、 在多函数程序中使用using编译指令 ##

在上面的程序设计中，两个函数中都包含下面一条using编译指令：

using namespace std;

这是因为每个函数都使用了cout，因此需要能够访问位于名称空间std中的cout定义。

在程序中，可以采用另一种方法让两个函数都能够访问名称空间std，即将编译指令放在函数的外面，且位于两个函数的前面：

#include<iostream>
    using namespace std;
    void s(int);
    int main() {
        
    	s(3);
    	cout << "请输入一个数字：";
    	int count;
    	cin >> count;
    	s(count);
    	cout << "完成！" << endl;
    	return 0;
    }
    void s(int n) {
        
    	cout << "数字为:" << n << endl;
    }

输出结果为：

数字为:3
    请输入一个数字：12
    数字为:12
    完成！
    
    D:\C++Project\Project1\x64\Debug\Project1.exe (进程 19948)已退出，代码为 0。
    要在调试停止时自动关闭控制台，请启用“工具”->“选项”->“调试”->“调试停止时自动关闭控制台”。
    按任意键关闭此窗口. . .

当前通行的理念是，只让需要访问名称空间std的函数访问它是更好的选择。

总之，让程序能够访问名称空间std的方法有多种，下面是其中的4种：

1.  将`using namespace std；`放在函数定义之前，让文件中所有的函数都能够使用名称空间std中所有的元素。
2.  将`using namespace std；`放在特定的函数定义中，让该函数能够使用名称空间std中的所有元素。
3.  在特定的函数中使用类似`using std::cout;`这样的编译指令，而不是using namespace std;，让该函数能够使用指定的元素，如cout。
4.  完全不使用编译指令using，而在需要使用名称空间std中的元素时，使用前缀std::，如下所示：  
    ![在这里插入图片描述][3bdfecfeebe746c4876eabe7f3389dea.png]

## 七、命名约定 ##

C++程序员给函数、类和变量命名时，可以有很多种选择。程序员对风格的观点五花八门，这些看法有时就像公共论坛上的圣战。就函数名称而言，程序员有以下选择：

Myfunction( )
    myfunction( )
    myFunction( )
    my_function( )
    my_funct( )

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