函数

    函数是一个命名了的代码块，通过调用函数执行相应的代码，函数可重载。

一、函数基础

    一个典型的函数定义包含：返回类型、函数名字、零个或者多个实参、函数体。执行函数的第一步是用实参初始化形参。return有两项工作：1、返回值（如果有的话）；2、将控制权从被调函数转移回主调函数。

int fact(int val){    int ret = 1;    return ret > val ? ret : val;}int main(){    int j = fact(5);    return 0;}

    形参和实参：实参是形参的初始值；实参的类型必须与对应的形参类型匹配（或者可以实参可以隐式转换为形参），数量也必须匹配（除非提供了默认实参）；

    【Note】：

    1）C++中的函数必须有返回类型，不需要返回值时可以指定其类型为void，只能有一个返回值。

    2）形参列表可以为空（显式(void)或者隐式()），但是不能省略，任意两个形参都不能同名。

    3）函数返回类型不能是数组和函数，但是可以返回指向数组或者函数的指针。

1、局部对象

    在C++中，名字有作用域，对象有生命周期。形参和函数体内定义的变量统称为局部变量。仅在函数的作用域内可见，存储在栈上，函数结束时被销毁。因此不要返回局部对象的引用或者指针。局部变量如果没有初始化则会产生未定义的值。

    自动对象：只存在于代码块（{...}）执行期间的对象，执行时才分配内存。形参是一种自动对象。

    局部静态对象：某些时候，有必要令局部变量的声明周期贯穿函数调用之后的时间，可以将局部变量定义为static类型。static对象一直都在内存中，每次都被初始化为上次调用的值。内置类型的局部静态变量初始化为0，只能使用常量表达式初始化局部静态变量。

int global = 100;//局部静态变量，外部链接性（可以在其他文件中使用）。static int a = 50;//局部静态变量，内部链接性（只能在本文件中使用）。void fun(){    //局部静态变量，没有链接性（在其他地方被使用），一直在内存中。    static int cnt = 0;//每次都被初始化为上次调用的值。    //局部自动变量，没有链接性，运行时分配内存。    int b = 1;    return ++cnt;}int main(){    for (size_t i =0 ; i < 10 ; ++i)cout << fun() << endl;//计算函数被调用了多少次。    return 0;}

2、函数声明

    函数三要素：返回类型，函数名，形参列表（最好写上形参的名字）。含有函数声明的头文件（.h）应该被包含到定义函数的源文件（.cpp）中。

二、参数传递

    形参初始化机理与变量初始化一样。

1、传值参数

    当初始化一个非引用的变量时，初始值被拷贝给变量。当指针作为参数时，拷贝的是指针的值。

void reset(*p){*ip = 0;//改变ip所指的值。ip = 0;//ip的局部拷贝被改变了，不会影响实参。}int i = 42;reset(&i);//改变i的值。cout << i << endl;//输出0。

2、传引用参数（建议使用此方式）

    拷贝大的类型对象或者容器对象比较低效，甚至有的类型不支持拷贝，此时只能通过引用传递参数。

void reset(int &i){i = 0;//改变i的值。}int i = 42;reset(i);cout << i << endl;//输出0。

    【Note】：

    1）如果函数无需改变形参的值，最好将其声明为常量引用。

    2）如果函数需要返回“多个值”（例如返回字符出现的总次数及其位置），此时可以在函数形参列表中添加一个引用参数。

string::size_type find_char(const string &s,char c,string::size_type &occurs){/***/}

3、const形参和实参

   当使用实参初始化形参时会忽略掉顶层const，因此const普通形参不可以重载：

void fun(const string s,char c) { /***/ }void fun(string s,char c) { /***/ }

    我们可以使用非常量初始化一个底层const对象，但是反过来不行；同时一个普通的引用必须使用同类型的对象初始化（我们不能把const对象、字面值常量传递给普通的引用形参）。因此const引用或者指针形参可以重载：

void fun(const string &s,char c) { /***/ }void fun(string &s,char c) { /***/ }

   【Note】：
    1）尽量使用常量引用，可以提高程序的效率。

4、数组形参

    数组的两个特殊性质：不允许拷贝数组；使用数组名字时会将其转换为指针。使用数值时注意不要越界。

void fun(const int*);void fun(const int[]);//传递数组时，实际上是传递指向首元素的指针。void fun(const int[10]);//数组的大小对函数调用没有影响。int i = 0,j[2] = {0,1};fun(&i);fun(j);

    管理数组的方式：标准库（begin，end）、显示传递一个表示数组大小的形参（size_t等）。

    传递多维数组，实际上传递的是指向首元素的指针：

void fun(int (*matrix)[10]);

5、main：处理命令行选项

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

    第二个参数是数组，argv是一个指针数组（每个元素都是指针），它的第一个元素指向程序的名字或者一个空字符串，接下来的元素依次传递命令行提供的实参。第一个参数argc表示数组中字符串的数量。例如：

prog -d -o ofile data0

    argv[0]保存程序的名字，可选参数从argv[1]开始。

6、含有可变参数的函数

    为了能处理不同数量实参的函数，C++11提供了两种方法：

   1）如果所有实参数量未知，但是类型相同，可以传递一个名为initializer_list【C++11】的标准库类型（类似于容器）。

   2）如果实参类型不同，可以使用可变参数模板。

void error_msg(ErrCode e,initializer_list<string> il)//可以拥有其他形参。{cout << e.msg() << ": ";for (const auto &elem : il)cour << elem << " ";cout << endl;}if(expected != actual)//expected和actual都是string对象。{error_msg(ErrCode(42),{"FunctionX",expected,actual});//必须使用列表初始化。}else{error_msg(ErrCode(0),{"FunctionX","ok"});}

三、返回类型和return语句

1、无返回值函数

    返回值为void的函数，可以没有return语句（被隐式执行）。

2、有返回值函数

    return语句返回值的类型必须与函数的返回类型相同，或者能隐式地转换为函数的返回类型。只能通过一条有效的return语句退出。

    如果函数返回引用，则该引用仅仅是它所引用对象的别名，引用返回的是左值。

char &fun(string &s,string::size_type ix){     return s[ix];}string s("abc");fun(s,0) = 'A';//如果是常量引用，就不能赋值。cout << s ;//输出Abc。

    【Note】：

    1）不要返回局部对象的引用或者指针。函数结束时，局部对象所占用的空间也随之消失，所以局部对象的引用和指针都指向了不存在的空间，因此会发生内存错误。

    2）如果函数的返回类型不是void，则必须有返回值（main函数除外）。

    3）main函数不能递归调用。

3、返回数组指针

    因为数组不能被拷贝，所以函数不能返回数组。但是可以返回数组的指针或者引用。

#include <bits/stdc++.h>using namespace std;int odd[] = {1,3,5,7,9};//使用全局数组，存储在全局/静态存储区。int even[] = {0,2,4,6,8};auto func(int i) -> int(*)[5]//使用尾置类型返回{    return (i % 2) ? &odd : &even;}int main(int argc, char const *argv[]){int (*arr)[5];//arr是一个指针，指向含有5个元素的数组。arr = func(3);//其实arr也是一个**类型。for (int i=0 ; i<5 ; ++i)cout << (*arr)[i] << " ";system("pause");return 0;}

    任何函数的定义都能使用尾置类型返回【C++11】，这种形式对于返回类型比较复杂的函数最有效。比如返回数组的指针或者引用。

四、函数重载

    重载（overloaded）函数：同一个作用域内的几个函数名字相同，但是形参列表不同。

    【Note】：

    1）main函数不能重载。

    2）最好只重载那些确实非常相似的操作。

1、重载的几种方式

正确的重载：

    1）形参列表的类型或者数量不同：

int lookup(int a);int lookup(double b);int lookup(int a,double b);

    2）如果形参类型是指针或者引用，那么通过区分是常量对象或者非常量对象可以实现重载：

int lookup(const int &a);int lookup(int &a)；int lookup(const int *);int lookup(int *);

错误的重载：
    1）不允许除返回类型外其他的要素都相同，即返回类型不能作为判断依据（C++有时候会忽略返回类型）：

bool lookup(int a);int lookup(int a);

    2）形参的名字不能作为判断依据：

int lookup(const int &a);int lookup(const int &);

    3）顶层const不能作为判断依据：

int lookup(int a);int lookup(const int a);

     使用函数匹配来调用重载的函数，可能有三种结果：最佳匹配、无匹配、二义性调用。

2、重载与作用域

#include <bits/stdc++.h>using namespace std;string read();void print(const string &);void print(double);void foobar(int val){bool read = false;//隐藏了外层的read。string s = read();//错误：read是bool是类型。void print(int);//在局部作用域内声明函数不是一个明智的选择。print("value");//错误：print(const string &)被隐藏掉了。print(val);//正确：当前print(int)可见。print(3.14);//正确：调用print(int)，print(double)被隐藏掉了。}

    【Note】：
    1）在C++语言中，名字查找发生在类型检查之前。

    2）如果我们在内层作用域中声明名字，将隐藏外层作用域中声明的同名实体。

    3）在局部作用域内声明函数不是一个明智的选择。

    4）函数可以嵌套声明，可以嵌套调用，但是不能嵌套定义。

五、特殊用途语言特性

1、默认参数

    在某些函数中有这样一种形参，在函数的很多次调用中，它们都被赋予相同的值，把反复出现的值称为默认实参。

using string::size_type sz;string screen(int x, int y, sz ht = 24, char bg = ' ');screen(1,2);//等价于screen(1,2,24,' ');

    【Note】：

    1）一旦某个形参被赋予了默认值，后面所有的形参都必须有默认值。所以尽量把默认实参放在后面。

    2）只能省略尾部的实参。

    3）局部变量不能作为默认实参。

    4）通常，应该在函数声明中指定默认参数，并将该声明放在合适的头文件中。

2、内联函数

    将函数指定为内联函数，通常就是将它在每个调用点上“内联地”展开（非拷贝）。

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

    内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。

3、constexpr函数

    constexpr函数是指能用于常量表达式的函数，函数的返回类型及所有形参的类型都必须是字面值类型。

    constexpr函数在编译期就能获得结果，编译器把对constexpr函数的调用替换成其结果值。constexpr不一定返回常量表达式。尽量把一些简单、容易得到结果的函数作为constexpr函数。

constexpr int new_sz() { return 42; }constexpr int foo = new_sz();

    把内联函数和constexpr函数放在头文件中。

4、assert预处理宏

    assert是一种预处理宏，assert使用一个表达式作为其条件。

assert(expr);

    assert()是一个调试程序时经常使用的宏，在程序运行时它计算括号内的表达式，如果表达式为FALSE (0), 程序将报告错误，并终止执行。如果表达式不为0，则继续执行后面的语句。这个宏通常原来判断程序中是否出现了明显非法的数据，如果出现了终止程序以免导致严重后果，同时也便于查找错误。

以下是使用断言的几个原则：

（1）使用断言捕捉不应该发生的非法情况。不要混淆非法情况与错误情况之间的区别，后者是必然存在的并且是一定要作出处理的。
（2）使用断言对函数的参数进行确认，每个assert只检验一个条件。
（3）在编写函数时，要进行反复的考查，并且自问：“我打算做哪些假定？”一旦确定了的假定，就要使用断言对假定进行检查。
（4）一般教科书都鼓励程序员们进行防错性的程序设计，但要记住这种编程风格会隐瞒错误。当进行防错性编程时，如果“不可能发生”的事情的确发生了，则要使用断言进行报警。

六、函数匹配

void print();void print(double);void print(int val);void print(const string &);

    函数匹配的步骤：

    1）选择候选函数：其与被调函数同名，而且其名在调用点可见。

    2）选择可行函数：其形参数量和类型与本次调用提供的实参相对应。

    3）寻找最佳匹配：如果没有的话，报告错误。

    【Note】：

    调用重载函数时要尽量避免强制类型转换。

七、函数指针

    函数指针指向的是函数而非对象。虽然不能返回函数，但是可以返回指向函数的指针。

#include <bits/stdc++.h>using namespace std;int add(int a,int b){return a+b;}int multiply(int a,int b){return a*b;}int subtract(int a,int b){return a-b;}int divide(int a,int b){return b!=0 ? a/b : 0;}bool L_M(const string &s1,const string &s2){return s1.size() > s2.size() ? true : false;}int main(){auto pf = &L_M;//pf是指向函数的指针。cout << pf("ab","abc") << endl;typedef int(*p)(int a,int b);//使用typedef定义指向函数的指针。vector<p> vec{add,multiply,subtract,divide};for (auto f : vec){cout<<f(2,3)<<endl;}return 0;}