第5章 函數(shù)

　　5.1 函數(shù)定義

　　在標準C+ +中，函數(shù)的定義形式為：

　　<返回類型><函數(shù)名>(<形參列表>)

　　{

　　<函數(shù)體>

　�。�

　　<函數(shù)名>一般是標識符，一個程序只有一個main函數(shù)，其他函數(shù)名可隨意取(當然，必須避免使用C+ +的關鍵字)，好的程序設計風格要求函數(shù)名最好是取有助于記憶的名字，如getchar函數(shù)，通過函數(shù)的名字可以知道函數(shù)的功能，這無疑會增加程序的可讀性。

　　<形參列表>是由逗號分隔的，分別說明函數(shù)的各個參數(shù)。形參將在函數(shù)被調(diào)用時從調(diào)用函數(shù)那里獲得數(shù)據(jù)。在C+ +中，函數(shù)形參列表可以為空，即一個函數(shù)可以沒有參數(shù)。但即使函數(shù)形參列表為空，括起函數(shù)參數(shù)的一對圓括號也不允許省略。

　　<返回類型>又稱函數(shù)類型，表示一個函數(shù)所計算(或運行)的結(jié)果值的類型。如果一個函數(shù)沒有結(jié)果值，如函數(shù)僅用來更新(或設置)變量值、顯示信息等，則該函數(shù)返回類型為void類型。一個沒有返回值的函數(shù)類似于一些程序語言(如pascal語言)中的過程(procedure)。

　　由一對花括號括起來的<函數(shù)體>是語句的序列，它定義了函數(shù)應執(zhí)行的具體操作。

　　需要注意的是，C+ +不允許函數(shù)定義嵌套，即在一個函數(shù)體內(nèi)不能包含有其他函數(shù)的定義。

　　5.2 函數(shù)調(diào)用

　　C+ +中函數(shù)調(diào)用的一般形式為：

　　<函數(shù)名>(<實參表>)

　　當調(diào)用一個函數(shù)時，其實參的個數(shù)、類型及排列次序必須與函數(shù)定義時的形參相一致，也就是說實參與形參應該一對一地匹配。當函數(shù)定義時沒有形參，則函數(shù)調(diào)用時，<實參表>亦為空。

　　依據(jù)對函數(shù)返回值的使用方式，函數(shù)的調(diào)用方法可分為以下幾種：

　　(1)語句調(diào)用，這通常用于不帶返回值的函數(shù)。這種情況下，被調(diào)用函數(shù)作為一個獨立的語句出現(xiàn)在程序中。

　　(2)表達式調(diào)用。將被調(diào)用函數(shù)作為表達式的一部分來進行調(diào)用。它適用于被調(diào)用函數(shù)帶有返回值的情況。

　　(3)參數(shù)調(diào)用。被調(diào)用函數(shù)作為另一個函數(shù)的一個參數(shù)進行調(diào)用。

　　5.3 函數(shù)原型

　　在C+ +中，函數(shù)在使用之前要預先聲明。這種聲明在標準C+ +中稱為函數(shù)原型(function prototype)，函數(shù)原型給出了函數(shù)名、返回類型以及在調(diào)用函數(shù)時必須提供的參數(shù)的個數(shù)和類型。函數(shù)原型的語法為：

　　<返回類型><函數(shù)名>(<形參列表>);

　　(注意在函數(shù)原型后要有分號)

　　實際上函數(shù)原型說明有兩種形式：

　　(1)直接使用函數(shù)定義的頭部，并在后面加上一個分號。

　　(2)在函數(shù)原型說明中省略參數(shù)列表中的形參變量名，僅給出函數(shù)名、函數(shù)類型、參數(shù)個數(shù)及次序。

　　注意：在C+ +中，在調(diào)用任何函數(shù)之前，必須確保它已有原型說明。函數(shù)原型說明通常放在程序文件的頭部，以使得該文件中所有函數(shù)都能調(diào)用它們。實際上，標準函數(shù)的原型說明放在了相應的頭文件中，這也是為什么在調(diào)用標準函數(shù)時必須要包含相應的頭文件的原因之一。

　　在了解了函數(shù)定義、函數(shù)調(diào)用和函數(shù)原型之后，就可以寫出一個完整的C+ +程序，并可將其編譯和運行。

　　5.4 函數(shù)返回類型

　　根據(jù)函數(shù)是否帶有參數(shù)以及函數(shù)是否有返回值，可以將函數(shù)分為如下四類。

　　1�睅�參數(shù)的有返回值函數(shù)

　　定義形式為：

　　<返回類型><函數(shù)名>(<參數(shù)列表>)

　　{

　　<語句序列>

　　｝

　　2�辈粠�參數(shù)的有返回值函數(shù)

　　定義形式為：

　　<返回類型><函數(shù)名>()

　　{

　　<語句序列>

　�。�

　　3�睅�參數(shù)的無返回值函數(shù)

　　定義形式為：

　　void<函數(shù)名>(<參數(shù)列表>)

　　{

　　<語句序列>

　�。�

　　4�辈粠�參數(shù)的無返回值函數(shù)

　　定義形式為：

　　void<函數(shù)名>()

　　{

　　<語句序列>

　�。�

　　5.5 函數(shù)參數(shù)

　　C+ +中，函數(shù)之間傳遞參數(shù)有傳值和傳地址兩種傳遞方式。此外，C+ +還提供了默認參數(shù)機制，可以簡化復雜函數(shù)的調(diào)用。

　　1�眳�數(shù)的傳遞方式

　　(1)傳值

　　傳值是將實參值的副本傳遞(拷貝)給被調(diào)用函數(shù)的形參。它是C+ +的默認參數(shù)傳遞方式，在此之前的多數(shù)函數(shù)參數(shù)傳遞都是傳值。

　　由于傳值方式是將實參的值復制到形參中，因此實參和形參是兩個不同的變量，有各自的存儲空間，可以把函數(shù)形參看作是函數(shù)的局部變量。傳值的最大好處是函數(shù)調(diào)用不會改變調(diào)用函數(shù)實參變量的內(nèi)容，可避免不必要的副作用。

　　(2)傳地址

　　有時我們確實需要通過函數(shù)調(diào)用來改變實參變量的值，或通過函數(shù)調(diào)用返回多個值(return語句只能返回一個值)，這時僅靠傳值方式是不能達到目的。

　　2�蹦�認參數(shù)

　　在C+ +中，可以為參數(shù)指定默認值，在函數(shù)調(diào)用時沒有指定與形參相對應的實參時就自動使用默認值。默認參數(shù)可以簡化復雜函數(shù)的調(diào)用。

　　默認參數(shù)通常在函數(shù)名第一次出現(xiàn)在程序中的時候，如在函數(shù)原型中，指定默認參數(shù)值。指定默認參數(shù)的方式從語法上看與變量初始化相似。

　　5.6 函數(shù)重載

　　如果能用同一個函數(shù)名字在不同類型上做相類似的操作就會方便很多，這種情況即為函數(shù)重載。其實這一技術早已用于C+ +的基本運算符。例如加法操作只有一個運算符+，但它卻可以用來做整型數(shù)、浮點數(shù)和指針的加法運算。將這一思想推廣到函數(shù)，即為函數(shù)重載。

　　5.7 內(nèi)聯(lián)函數(shù)

　　C+ +引入內(nèi)聯(lián)(inline)函數(shù)的原因是用它來取代C中的預處理宏函數(shù)。內(nèi)聯(lián)函數(shù)和宏函數(shù)的區(qū)別在于，宏函數(shù)是由預處理器對宏進行替換，而內(nèi)聯(lián)函數(shù)是通過編譯器來實現(xiàn)的，因此內(nèi)聯(lián)函數(shù)是真正的函數(shù)，只是在調(diào)用的時候，內(nèi)聯(lián)函數(shù)像宏函數(shù)一樣的展開，所以它沒有一般函數(shù)的參數(shù)壓棧和退棧操作，減少了調(diào)用開銷，因此，內(nèi)聯(lián)函數(shù)比普通函數(shù)有更高的執(zhí)行效率。

　　在C+ +中使用inline關鍵字來定義內(nèi)聯(lián)函數(shù)。inline關鍵字放在函數(shù)定義中函數(shù)類型之前。不過，編譯器會將在類的說明部分定義的任何函數(shù)都認定為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，即使它們沒有用inline說明。

　　5.8 遞歸函數(shù)

　　如果一個函數(shù)在其函數(shù)體內(nèi)直接或間接地調(diào)用了自己，該函數(shù)就稱為遞歸函數(shù)。遞歸是解決某些復雜問題的十分有效的方法。遞歸適用以下的一般場合。

　　(1)數(shù)據(jù)的定義形式按遞歸定義。

　　(2)數(shù)據(jù)之間的關系(即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))按遞歸定義，如樹的遍歷，圖的搜索等。

　　(3)問題解法按遞歸算法實現(xiàn)，例如回溯法等。

　　使用遞歸需要注意以下幾點：

　　(1)用遞歸編寫代碼往往較為簡潔，但要犧牲一定的效率。因為系統(tǒng)處理遞歸函數(shù)時都是通過壓棧/退棧的方式實現(xiàn)的。

　　(2)無論哪種遞歸調(diào)用，都必須有遞歸出口，即結(jié)束遞歸調(diào)用的條件。

　　(3)編寫遞歸函數(shù)時需要進行遞歸分析，既要保證正確使用了遞歸語句，還要保證完成了相應的操作。

　　5.9 變量作用域與生存周期

　　1�盋+ +中變量的存儲類型分為如下幾種類型：

　　auto——函數(shù)內(nèi)部的局部變量(auto可省略不寫)。

　　static——靜態(tài)存儲分配，又分為內(nèi)部和外部靜態(tài)。

　　extern——全局變量(用于外部變量說明)。

　　register——變量存儲在硬件寄存器中。

　　(1)自動變量

　　①在函數(shù)內(nèi)部定義的局部變量即為自動變量，用于說明自動變量的關鍵字auto可以省略。

　�、谠诤瘮�(shù)頭部定義的自動變量作用域為定義它的函數(shù);而在塊語句中定義的自動變量作用域為所在塊。與C不同，C+ +還允許在變量使用之前才定義變量。

　�、劬幾g程序不給自動變量賦予隱含的初值，故其初值不確定。因此，每次使用自動變量前，必須明確地賦初值。

　�、苄螀⒖梢钥闯墒呛瘮�(shù)的自動變量，作用域僅限于相應函數(shù)內(nèi)。

　�、葑詣幼兞克�使用的存儲空間由程序自動地創(chuàng)建和釋放。當函數(shù)調(diào)用時為自動變量創(chuàng)建存儲空間，函數(shù)調(diào)用結(jié)束時將自動釋放為其創(chuàng)建的存儲空間。因此，自動變量隨函數(shù)的調(diào)用而存在并隨函數(shù)調(diào)用結(jié)束而消失，由一次調(diào)用到下一次調(diào)用之間不保存值。

　　(2)外部變量

　�、僭诤瘮�(shù)外部定義的變量即為外部變量。

　　②外部變量的作用域是整個程序(全局變量)。

　　③在C+ +中，程序可以分別放在幾個源文件上，每個文件可作為一個編譯單位分別編譯。外部變量只需在某個文件上定義一次，其他文件若要引用此變量時，應用extern加以說明。(外部變量定義時不必加extern關鍵字)。

　�、茉谕�一文件中，若前面的函數(shù)要引用在其后面定義的外部(在函數(shù)之外)變量時，也應用extern加以說明。

　�、萃獠孔兞渴怯删幾g程序在編譯時給其分配空間，屬于靜態(tài)分配變量，對于數(shù)值型(整型、浮點型和字符型)外部變量來說，其有隱含初值0。

　　引進外部變量的原因：其一是只要程序運行外部變量的值是始終存在的;其二是外部變量可以在所有函數(shù)間共享。

　　在C+ +中，可以使用外部變量，但是，必須要清楚使用外部變量的副作用。使用外部變量的函數(shù)獨立性差，通常不能被移植到其他程序中，而且，如果多個函數(shù)都使用到某個外部變量，一旦出現(xiàn)問題，就很難發(fā)現(xiàn)問題是由哪個函數(shù)引起的。在C+ +中，盡量不用或少用外部變量，可使用參數(shù)在函數(shù)間進行數(shù)據(jù)的傳遞。

　　(3)靜態(tài)變量

　　內(nèi)部靜態(tài)變量：

　�、僭诰植孔兞壳凹由稀皊tatic”關鍵字就成為內(nèi)部靜態(tài)變量。

　�、趦�(nèi)部靜態(tài)變量仍是局部變量，其作用域仍在定義它的函數(shù)內(nèi)。但該類型變量采用靜態(tài)存儲分配，當函數(shù)執(zhí)行完，返回調(diào)用點時，該變量并不撤消，其值將繼續(xù)保留，若下次再進入該函數(shù)時，其值仍然存在。內(nèi)部靜態(tài)變量有隱含初值0，并且只在編譯時初始化一次。

　　外部靜態(tài)變量：

　　①在函數(shù)外部定義的變量前加上“static”關鍵字便成了外部靜態(tài)變量。

　�、谕獠快o態(tài)變量的作用域為定義它的文件，即成為該文件的“私有”(private)變量，只有其所在文件上的函數(shù)可以訪問該外部靜態(tài)變量，而其他文件上的函數(shù)一律不得直接訪問該變量，除非通過外部靜態(tài)變量所在文件上的各種函數(shù)來對它進行操作，這也是一種實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏的方式。

　�、叟c內(nèi)部靜態(tài)變量一樣，外部靜態(tài)變量也采用靜態(tài)存儲分配，有隱含初值0。

　　在C+ +中，除了支持C風格的內(nèi)部和外部靜態(tài)變量的使用之外，還可將類成員聲明成static，它有著不同的含義。

　　(4)寄存器變量

　　①只有自動(局部)變量和函數(shù)參數(shù)可指定為寄存器存儲類，它的作用域與生存期與自動變量完全相同。

　　②當指定的寄存器變量個數(shù)超過系統(tǒng)所能提供的寄存器數(shù)量時，多出的寄存器變量將視同自動變量。

　�、壑幌抻趇nt，char，short，unsigned和指針類型可使用register存儲類。

　�、懿荒軐�寄存器變量取地址(即&操作)。

　　⑤使用寄存器變量可以提高存取速度，可將使用頻率最高的變量說明成為寄存器變量。一般常用于說明循環(huán)變量。

　　由于硬件的快速發(fā)展，存儲器(如內(nèi)存)的性能有了很大的改進，因此，目前在實際應用中，使用register來說明變量的情況并不多。

　　2�鄙�存周期

　　(1)變量由編譯程序在編譯時給其分配存儲空間(稱為靜態(tài)存儲分配)，并在程序執(zhí)行過程中始終存在，這類變量包括全局變量、外部靜態(tài)變量和內(nèi)部靜態(tài)變量。這類變量的生存周期與程序的運行周期相同，當程序運行時，該變量的生存周期隨即存在，程序運行結(jié)束，變量的生存周期隨即終止。

　　(2)變量由程序在運行時自動給其分配存儲空間(稱為自動存儲分配)，這類變量為函數(shù)(或塊)中定義的自動變量。它們在程序執(zhí)行到該函數(shù)(或塊)時被創(chuàng)建，在函數(shù)(或塊)執(zhí)行結(jié)束時釋放所用的空間。