【C++ Primer Plus】第七章：函数
文章目录
- 第七章：函数
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- 7.1 函数原型
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- 7.1.1 原型的工作原理
- 7.1.2 为什么需要原型？
- 7.1.3 原型的功能
- 7.2 const的用法
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- 7.2.1 修饰普通变量：
- 7.2.2 修饰指针
- 7.3 函数与二维数组
- 7.4 函数与C风格字符串
- 7.5 函数与string对象
- 7.6 函数与array对象
- 7.7 递归
- 7.8 函数指针
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- 7.8.1 如何获取函数地址？
- 7.8.2 如何声明函数指针？
- 7.8.3 如何赋值？
- 7.8.4 如何使用指针来调用函数？
- 7.9 使用typedef进行简化
- 7.10 总结
第七章：函数
使用函数的步骤：
- 提供函数定义
- 提供函数原型
- 调用函数
C++对于返回值的类型有一定的限制：不能是数组。有趣的是，虽然C++函数不能直接返回数组，但可以将数组作为结构或对象组成部分来返回。
7.1 函数原型
7.1.1 原型的工作原理
通常，函数通过将返回值复制到指定的CPU寄存器或内存单元中来将其返回。随后，调用程序将查看该内存单元。例如：
double volume = cube(side);
首先，原型告诉编译器，cube( )有一个double参数。如果程序没有提供这样的参数，原型将让编译器能够捕获这种错误。其次，cube( )函数完成计算后，将把返回值放置在指定的位置——可能是CPU寄存器，也可能是内存中。然后调用函数（这里为main( )）将从这个位置取得返回值。由于原型指出了cube( )的类型为double，因此编译器知道应检索多少个字节以及如何解释它们。如果没有这些信息，编译器将只能进行猜测，而编译器是不会这样做的。
7.1.2 为什么需要原型？
你可能还会问，为何编译器需要原型，难道它就不能在文件中进一步查找，以了解函数是如何定义的吗？这种方法的一个问题是效率不高。编译器在搜索文件的剩余部分时将必须停止对main( )的编译。一个更严重的问题是，函数甚至可能并不在文件中。C++允许将一个程序放在多个文件中，单独编译这些文件，然后再将它们组合起来。在这种情况下，编译器在编译main( )时，可能无权访问函数代码。如果函数位于库中，情况也将如此。避免使用函数原型的唯一方法是，在首次使用函数之前定义它，但这并不总是可行的。另外，C++的编程风格是将main()放在最前面，因为它通常提供了程序的整体结构。
然而，函数原型不要求提供变量名，有类型列表就足够了。通常，在原型的参数列表中，可以包括变量名，也可以不包括。原型中的变量名相当于占位符，因此不必与函数定义中的变量名相同。
在C++中，括号为空与在括号中使用关键字void是等效的——意味着函数没有参数。在C++中，不指定参数列表时应使用省略号：
void say_bay(...);
7.1.3 原型的功能
- 编译器正确处理函数返回值；
- 编译器检查使用的参数数目是否正确；
- 编译器检查使用的参数类型是否正确。如果不正确，则转换为正确的类型（如果可能的话）。
如果写程序去计算下列的一个计算式：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DIHSoPpE-1679998401953)(函数原型.assets/image-20230310174226164.png)]
正确的做法是先算51/6,再去算50/5,然后将它们的结果相乘。而不是先去算分子的乘积，再去算分母的乘积，最后将他们相除。这样得到的乘积将比先进行乘法运算得到的小。例如，对于(10 * 9)/(2 * 1)和(10 / 2)(9 / 1)，前者将计算90/2，得到45，后者将计算为59，得到45。这两种方法得到的结果相同，但前者的中
间值（90）大于后者。因子越多，中间值的差别就越大。当数字非常大时，这种交替进行乘除运算的策略可以防止中间结果超出最大的浮点数。
在C++中，当（且仅当）用于函数头或函数原型中，int *arr和int arr[ ]的含义才是相同的。它们都意味着arr是一个int指针。
int sum(int arr[],int n);
int sum(int arr*,int n);
对于数组而言，当前存在两个恒等式需要记忆：
arr[i] == *(arr + i);
&arr[i] == arr+i;
传递常规变量时，函数将使用该变量的拷贝；但传递数组时，函数将使用原来的数组。将数组作为参数并没有意味着C++打破了其按值传递的方法，而是碰巧这个值是一个地址，而不是数组的内容。函数仍传递了一个值，这个值被赋给了一个新变量，还是和之前的按值传递一样。
7.2 const的用法
我们把函数当成一种数据类型，函数的实体当成对象。
指针与const：
int age = 39;
const int*pt = &age;
该声明指出：pt指向一个const int，因此，不能使用pt来修改这个值。pt的声明并不意味着它指向的值实际上就是一个常量，而只是意味着对pt而言，这个值是常量。
7.2.1 修饰普通变量：
在变量定义前面加上const即可。const变量在定义的时候要进行初始化，并且之后不能再给它赋值，否则会报错。
7.2.2 修饰指针
const修饰指针有三种用法：
①const在*号前出现：指针指向的数据是不可变的，指针指向了某块内存，那么这块内存的数据不可更改了。
②const在*号后出现：指针本身不可变，指针自身是一个地址，地址不可变，也就是指针的指向不可变。
③上面两种情况结合一下。
const int *p //情况一
int const *p //情况一
int * const p //情况二
const int * const p //情况三
可以发现，const在\*和变量名称p之间的时候，意思是数据不能变，其他时候都是指针指向不能变。
7.3 函数与二维数组
int data[3][4] = {{1,2,3,4},{9,8,7,6},{2,4,6,8}};
Data是一个数组名，该数组有3个元素。第一个元素本身是一个数组，有4个int值组成。因此data的类型是指向由4个int组成的数组的指针，因此正确的原型如下：
int sum(int (*arr)[4], int size);
其中的括号必不可少。因为下面的声明将声明一个由4个指向int的指针组成的数组，而不是由一个指向由4个int组成的数组的指针：另外，函数参数不能是数组。关于这点，也可以简单的概括为：数组里面的元素是什么，接受它的参数就应当是什么类型。
int *arr2[4];
还有一种格式，这种格式与上述原型的含义完全相同，但可读性更强：
int sum(int arr[][4],int size);
上述两个原型都指出，ar2是指针而不是数组。还需注意的是，指针类型指出，它指向由4个int组成的数组。因此，指针类型指定了列数，这就是没有将列数作为独立的函数参数进行传递的原因。
由于arr指向数组（它的元素是由4个int组成的数组）的第一个元素（元素0），因此表达式arr + r指向
编号为r的元素。因此arr[r]是编号为r的元素。由于该元素本身就是一个由4个int组成的数组，因此arr[r]是由4个int组成的数组的名称。将下标用于数组名将得到一个数组元素，因此arr[r][c]是由4个int组成的数组中 的一个元素，是一个int值。必须对指针arr执行两次解除引用，才能得到数据。最简单的方法是使用方括号两次：ar2[r][c]。然而，如果不考虑难看的话，也可以使用运算符*两次：
arr[r][c] == * ( * ( arr + r ) + c );
这份代码在声明参数arr时，没有使用const，因为这种技术只能用于指向基本类型的指针，而arr是指向指针的指针。
7.4 函数与C风格字符串
表示字符串的方式有三种：
- char数组；
- 用引号括起的字符串常量（也称字符串字面值）；
- 被设置为字符串的地址char指针；
但上述3种选择的类型都是char指针（准确的说是char*)，因此也可以将其作为字符串处理函数的参数。
char ghost[15] = "galloping";
char * str = "galumphing";
int n1 = strlen(ghost);
int n2 = strlen(str);
int n3 = strlen("wwwoshi");
也就是说将字符串作为参数来传递，但实际传递的是字符串第一个字符的地址。这也意味着字符串函数原型应将其表示字符串的形参声明为char*类型。
C-风格字符串与常规char数组之间的一个重要区别是，字符串有内置的结束字符（前面讲过，包含字符，但不以空值字符结尾的char数组只是数组，而不是字符串）。这意味着不必将字符串长度作为参数传递给函数，而函数可以使用循环依次检查字符串中的每个字符，直到遇到结尾的空值字符为止。
7.5 函数与string对象
声明一个string对象数组，并将该数组传递给一个函数以显示其内容；
string list[4];
getline(cin,list[i]);//获取string的方式
7.6 函数与array对象
假设使用一个array对象来存储一年四季的开支：
std::array expenses;
要使用array类，需要包含头文件array，而名称array位于名称空间std中。如果只是显示expenses的内容，可以按值传递expenses：
show(expenses);
如果要修改对象expenses，则需将该对象的地址传递给函数：
fill(&expenses);
相应的函数声明如下：
void show(std::array da);
void fill(std::array *pa);
7.7 递归
C++函数有个特点：可以自己调用自己，这种功能被称为递归。然而，与C语言不同的是，C++不允许main（）调用自己。在需要将一项工作不断分为两项较小的类似的工作时，递归非常有用。
7.8 函数指针
与数据项相似，函数也有地址。函数的地址是存储其机器语言代码的内存的开始地址。通常，这些地址对用户而言，既不重要，也没有什么用处，但对程序而言，却很有用。例如，可以编写将另一个函数的地址作为参数的函数。这样第一个函数将能够找到第二个函数，并运行它。与直接调用另一个函数相比，这种方法很笨拙，但它允许在不同的时间传递不同函数的地址，这意味着可以在不同的时间使用不同的函数。
使用步骤：
- 获取函数的地址；
- 声明一个函数指针；
- 使用函数指针来调用函数；
7.8.1 如何获取函数地址？
只需要使用函数名即可。如果think()是一个函数，则think就是该函数的地址。要将函数作为参数进行传递，必须传递函数名。
一定要区分传递的是函数的地址还是函数的返回值：
process（think）; //传递的是函数地址；
process(think());//传递的是这个函数的返回值；
7.8.2 如何声明函数指针？
声明指向某种数据类型的指针时，必须指定指针指向的类型。同样，声明指向函数的指针时，也必须指定指针指向的函数类型。这意味着声明应指定函数的返回类型以及函数的特征标（参数列表）。也就是说，声明应像函数原型那样指出有关函数的信息。
double pam(int);
double (*pf) (int);
//通常，要声明指向特定类型的函数的指针，可以首先编写这种函数的原型，然后用（*pf)替换函数名。这样pf就是这类函数的指针。为提供正确的运算符优先级，必须在声明中使用括号将*pf括起。括号的优先级比*运算符高，因此*pf(int)是一个返回指针的函数，而（*pf)(int)意味着pam是一个指向函数的指针。
因为pam是函数，因此（*pf)也是函数，而如果（*pf)是函数，则pf就是函数指针；
7.8.3 如何赋值？
double pam(int);
double (*pf) (int);
pf = pam
注意：pam()的特征标和返回类型必须与pf相同。
7.8.4 如何使用指针来调用函数？
double pam(int);
double (*pf) (int);
pf = pam
double x = pam(4);
double y = (*pf)(5);
double y = pf(5);
//这两种都可以。第一种格式虽然不太好看，但它给出了强有力的提示--代码正在使用函数指针。虽然在逻辑上他们的逻辑是互相冲突的，但这两种都是合理的。
const double * f1(const double ar[],int n);
const double * f2(const double [],int);
const double * f3(const double * , int);//这三种声明方式一模一样。在函数原型中，可以省略标识符。因此，const double ar [] 可以简化为const double[]，而const double *ar可以简化成const double*。因此，上述所有函数特征标的含义都相同。
const double * （*p1)(const double *,int) = f1;//而使用C++11的自动推导功能的话，这件事就变得很简单：
auto p2 = f2;
//使用指针数组
const double * (*pa[3])(const double *,int) = {f1,f2,f3};
//为何将[3]放在这个地方呢？pa是一个包含三个元素的数组，而要声明这样的数组，首先需要使用pa[3]。该声明的其他部分指出了数组包含的元素是什么样的。运算符[]的优先级高于*，因此*pa[3]表明pa是一个包含三个指针的数组因此，pa是一个包含三个指针的数组，其中每个指针都指向这样的函数，即将const double *和int作为参数，并返回一个const double *。
这里能否使用auto呢?不能。自动类型推断只能用于单值初始化，而不能用于初始化列表，但声明数组pa后，声明同样类型的数组就很简单了：
auto pb = pa;//数组名是指向第一个元素的指针，因此pa和pb都是指向函数指针的指针。
pa[0](av,3);//调用函数
pb[2](av,4);
可做的另一件事是创建指向整个数组的指针。由于数组名pa是指向函数指针的指针，因此指向数组的指针将是这样的指针，即它指向指针的指针。这听起来令人恐怖，但由于可使用单个值对其进行初始化，因此可使用auto：
auto pc = &pa;
*pd[3];//一个有3个地址的数组
(*pd)[3];//一个指向里面有三个元素的数组的指针
换句话说，pd是一个指针，它指向一个包含三个元素的数组。这些元素是什么呢？由pa的声明的其他部分描述，结果如下：
const double *(*(*pd)[3]) (const double *, int) = &pa;
要调用函数，需认识到这样一点：既然pd指向数组，那么pd就是数组，而(*pd)[i]是数组中的元素，即函数指针。因此，较简单的函数调用是(pd)i，而(pd)i是返回的指针指向的值。也可以使用第二种使用指针调用函数的语法：使用((pd)[i])(av,3)来调用函数，而((*pd)[i])(av,3)是指向的double值。
请注意pa（它是数组名，表示地址）和&pa之间的差别。正如您在本书前面看到的，在大多数情况下，pa都是数组第一个元素的地址，即&pa[0]。因此，它是单个指针的地址。但&pa是整个数组（即三个指针块）的地址。从数字上说，pa和&pa的值相同，但它们的类型不同。一种差别是，pa+1为数组中下一个元素的地址，而&pa+1为数组pa后面一个12字节内存块的地址（这里假定地址为4字节）。另一个差别是，要得到第一个元素的值，只需对pa解除一次引用，但需要对&pa解除两次引用：
**&pa == *pa == pa[0];
这个示例可能看起来比较深奥，但指向函数指针数组的指针并不少见。实际上，类的虚方法实现通常都采用了这种技术（参见第13章）。所幸的是，这些细节由编译器处理。
7.9 使用typedef进行简化
除auto外，C++还提供了其他简化声明的工具。关键字typedef让您能够创建类型别名：
typedef double real;
这里采用的方法是，将别名当做标识符进行声明，并在开头使用关键字typedef。因此，可将p_fun声明为程序清单7.19使用的函数指针类型的别名：
typedef const double *(*p_fun)(const double *,int);//p_fun now a type name
p_fun p1 = f1;
然后使用这个别名来简化代码：
p_fun pa[3] = {f1,f2,f3};
p_fun (*pd)[3] = &pa;
使用typedef可减少输入量，让您编写代码时不容易犯错，并让程序更容易理解。通常，当函数的参数是一个回调函数时，就可能会使用 typedef 来简化声明。
7.10 总结
函数是C++的编程模块。要使用函数，必须提供定义和原型，并调用该函数。函数定义是实现函数功能的代码；函数原型描述了函数的接口：传递给函数的值的数目和种类以及函数的返回类型。函数调用使得程序将参数传递给函数，并执行函数的代码。
在默认情况下，C++函数按值传递参数。这意味着函数定义中的形参是新的变量，它们被初始化为函数调用所提供的值。因此，C++函数通过使用拷贝，保护了原始数据的完整性。C++将数组名参数视为数组第一个元素的地址。从技术上讲，这仍然是按值传递的，因为指针是原始地址的拷贝，但函数将使用指针来访问原始数组的内容。当且仅当声明函数的形参时，下面两个声明才是等价的：
typeName arr[];
typeName * arr;
这两个声明都表明，arr是指向typeName的指针，但在编写函数代码时，可以像使用数组名那样使用arr来访问元素：arr[i]。即使在传递指针时，也可以将形参声明为const指针，来保护原始数据的完整性。由于传递数据的地址时，并不会传输有关数组长度的信息，因此通常将数组长度作为独立的参数来传递。另外，也可传递两个指针（其中一个指向数组开头，另一个指向数组末尾的下一个元素），以指定一个范围，就像STL使用的算法一样。
C++提供了3种表示C-风格字符串的方法：字符数组、字符串常量和字符串指针。它们的类型都是char*（char指针），因此被作为char*类型参数传递给函数。C++使用空值字符（\0）来结束字符串，因此字符串函数检测空值字符来确定字符串的结尾。
C++还提供了string类，用于表示字符串。函数可以接受string对象作为参数以及将string对象作为返回值。string类的方法size( )可用于判断其存储的字符串的长度。
C++处理结构的方式与基本类型完全相同，这意味着可以按值传递结构，并将其用作函数返回类型。然而，如果结构非常大，则传递结构指针的效率将更高，同时函数能够使用原始数据。这些考虑因素也适用于类对象。
C++函数可以是递归的，也就是说，函数代码中可以包括对函数本身的调用。
C++函数名与函数地址的作用相同。通过将函数指针作为参数，可以传递要调用的函数的名称。