《C++ Primer》第6章 函数(一)

news2025/1/22 12:27:39

参考资料:

  • 《C++ Primer》第5版
  • 《C++ Primer 习题集》第5版

6.1 函数基础(P182)

典型的函数定义包括:返回类型( return type )、函数名字、0 个或多个形参( parameter )组成的列表、函数体。其中函数体为语句块

我们通过调用运算符执行函数。调用运算符的形式是一对圆括号,作用于函数或指向函数的指针,圆括号之内是实参(argument)列表,实参用来初始化函数的形参。调用表达式结果的类型就是函数的返回类型。

调用函数

函数调用完成两项工作:

  1. 用实参初始化函数的形参。
  2. 将控制权移交到被调用函数。

形参和实参

实参和形参一一对应,但没有规定求值顺序。

实参的类型必须与对应的形参匹配,实参的数量和形参一致。

函数的形参列表

形参列表可以为空,但不能省略:

void f1() { /* ... */ }
void f2(void) { /* ... */ }

每个形参都是含有一个声明符的声明,函数最外层作用域的局部变量不能和函数形参同名。

形参名不是必须的,如果某个形参在函数中不会被用到,可以不对其命名。

函数的返回类型

函数的返回类型不可以是数组或函数(因为这两种类型不支持拷贝操作?),但可以是指向数组或函数的指针。

6.1.1 局部对象(P184)

  • 名字的作用域是程序文本的一部分,名字在其中可见
  • 对象的生命周期是程序执行过程中该对象存在的一段时间。

形参和函数体内部定义的变量称为局部变量(local variable),这些变量只在函数内部可见,且会隐藏外层作用域中的同名变量。

在所有函数体之外定义的对象在程序启动时被创建,直到程序结束才会销毁

自动对象

我们把只存在于块执行期间的对象称为自动对象(automatic object)

局部静态对象

如果想令局部变量的生命周期贯穿函数调用及之后的时间,可以使用 static 将其定义成局部静态对象(local static object)。局部静态对象在程序第一次经过其定义语句时初始化,直到程序结束才销毁:

int count_calls(){
    static int cnt = 0;
    return ++cnt;
}

如果局部静态变量没有显式的初始值,将执行值初始化

6.1.2 函数声明(P186)

函数只能定义一次,但可以声明很多次。函数的声明和定义非常相似,区别在于无须函数体也无须形参的名字,用分号代替即可。

函数最好在头文件中声明,在源文件中定义。

6.1.3 分离式编译(P186)

C++ 语言支持分离式编译,即把程序分隔到多个文件中,每个文件独立编译。

编译和链接多个源文件

6.2 参数传递(P187)

形参的初始化机制和变量初始化一样,如果形参是引用类型,它将绑定到对应的实参上,否则将实参的值拷贝给形参。

6.2.1 传值参数(P187)

指针形参

指针形参初始化时和其他非引用类型一样执行拷贝操作,拷贝之后两个不同的指针指向同一个对象。

在 C++ 中,建议使用引用形参代替指针形参

6.2.2 传引用参数(P188)

使用引用避免拷贝

当某些对象拷贝效率较低不支持拷贝时,可以使用引用形参访问该类的对象。如果函数无需改变引用形参的值,最好将其声明为常量引用。

使用引用形参返回额外信息

6.2.3 const形参和实参(P190)

当形参具有顶层 const 属性时,传入常量还是非常量都是可以的,换句话说,形参中的顶层 const 属性在初始化时被忽略了。

C++ 允许我们定义若干相同名字的函数,前提是这些函数应有不同的形参列表:

void func(const int ci);
void func(int i);     // 错误

指针或引用形参与const

尽量使用常量引用

把函数不会改变的形参定义成普通引用是一种常见的错误,这样做会让人误认为函数可以修改这个对应实参的值,同时还会限制能接受的实参类型(不能把 const 对象、字面值、需要类型转换的对象传递给普通引用形参上)。

6.2.4 数组形参(P193)

由于数组不支持拷贝,所以数组不能作为函数的返回类型;由于数组名通常会转换成指针,所以我们向函数传递一个数组时,实际上传递的是指向首元素的指针。

尽管不能通过值传递的方式传递数组,但 C++ 允许我们把形参写成数组形式:

// 下面三个函数是等价的,唯一的形参都是const int*
void print(const int*);
void print(const int[]);
void print(const int[10]);    // 这里的10其实没啥用

无论 print 函数使用上述的哪种方式声明,编译器只检查传入的参数是否是 const int* 。也就是说,将数组当作实参传递给函数时,会自动转化为指向首元素的指针。

使用标记指定数组长度

数组本身包含一个结束标记,如 C 风格字符串。

使用标准库规范

利用 begin()end() 传递数组的首元素指针和尾后指针。

显式传递一个表示数组大小的形参

数组形参和const

当不需要改变数组元素时,应该将数组形参设为指向 const 的指针。

数组引用形参

当形参为数组的引用时,数组的维度就成了类型的一部分:

void print(int (&arr)[10]);    // 限制实参必须为维度为10的数组

传递多维数组

由于 C++ 中多维数组实际上是数组的数组,所以多维数组除第一维外均不可以忽略:

void print(int (*matrix)[10]);
void print(int matrix[][10]);    // 因为编译器会忽略第一个维度,所以声明时最好不写

6.2.5 main:处理命令行选项(P196)

int main(int argc, char *argv[]) { ... }

argc 表示 argv 数组中字符串的数量。当实参传递给 main 函数后,argv 的第一个元素指向空串或程序的名字,接下来的元素依次为命令行提供的实参,最后一个指针的下一个元素为 0 。如命令:

prog -d -o ofile data0

argv 数组中的内容为:

argv[0] = "prog";    // 程序名,也可能是空串
argv[1] = "-d";     // 实参实际上argv[1]开始
argv[2] = "-o";
argv[3] = "ofile";
argv[4] = "data0";
argv[5] = 0;

6.2.6 含有可变形参的函数(P197)

initializer_list实参

如果所有实参类型相同,但数量不固定,我们可以使用名为 initializer_list 的标准库类型作为形参。initializer_list 定义在同名头文件中

image-20231012204644635

initializer_list 中的元素永远是常量。

void error_msg(initializer_list<string> il){
    for(auto beg = il.begin();beg!=il.end();++beg){
        cout << *beg << ' ';
    }
    cout << endl;
}

// 调用方式
error_msg({"functionX", expected, actual});

省略符形参

省略符形参是为了便于 C++ 程序访问某些 C代码而设置的,省略符只能出现在形参列表的最后一个位置:

void foo(pram_list, ...);
void foo(...);

6.3 返回类型和return语句(P199)

return;
return expression;

6.3.1 无返回值函数(P200)

没有返回值的语句只能用于返回值为 void 的函数中。返回值为 void 的函数最后一句后面会隐式执行 return

返回值为 void 的函数也能返回使用第二种类型的 return 语句,但 expression 必须为另一个返回 void 的函数。

6.3.2 有返回值函数(P200)

在含有 return 语句的循环后面也应该有一条 return 语句。如果没有的话该程序就是错误的,而许多编译器无法发现这个错误。

值是如何被返回的

返回的值用于初始化调用点的一个临时量

返回值也可以是引用类型:

const string &shorterString(const string s1, const string s2){
    return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}

不要返回局部对象的引用或指针

函数完成后,它所占用的空间也会被释放掉。

返回类类型的函数和调用运算符

调用运算符的优先级和点运算符和箭头运算符相同,满足左结合律。

引用返回左值

函数的返回类型决定函数调用是否为左值,调用一个返回引用的函数得到左值,其他返回类型得到右值。

列表初始化返回值

C++11 规定,函数可以返回花括号包围的值的列表。如果列表为空,临时量执行值初始化。

vector<string> example{
    return {'hello', 'world'};
}

主函数main的返回值

main 函数是唯一返回类型不是 void 但可以没有 return 语句的函数,编译可以隐式插入一条返回 0 的 return 语句。

main 函数返回 0 表示执行成功,其他值表示执行失败。cstdlib 头文件定义了 EXIT_FALLUREEXIT_SUCCESS 两个预处理变量,用来表示 main 函数执行的失败与成功。

递归

main 函数不能调用自己。

6.3.3 返回数组指针(P205)

虽然函数不能返回数组,但可以返回数组的指针或引用:

typedef int arrT[10];    // arrT是含有是个整数的数组类型
arrT* func(int i);    // 使用类型别名可以简化表达式

func 函数接受一个 int 实参,返回一个指向包含 10 个 int 的数组的指针。

声明一个返回数组指针的函数

如果在声明 func 函数时不想使用类型别名,则可以按照如下方式声明:

int (*func(int i))[10];

数组的维度必须在名字之后,而函数的形参列表应该紧跟在函数名字后面,所以数组维度要写在形参列表后面;(*func(int i)) 外侧的括号不能省略,否则函数的返回类型将是指针的数组,这显然是不合法的。

使用尾置返回类型

在 C++11 新标准中,可以使用尾置返回类型简化 func 的声明:

auto func(int i) -> int(*)[10];

任何函数都可以使用尾置返回,为了表示函数真正的返回类型在形参列表之后,我们在本应出现返回类型的地方放置一个 auto

使用decltype

int arr[10] = {};

decltype(arr) *func(int i);

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