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复习函数的基本知识

来复习一下介绍过的有关函数的知识。要使用C++函数，必须完成如下工作：

• 提供函数定义；
• 提供函数原型；
• 调用函数。

库函数是已经定义和编译好的函数，同时可以使用标准库头文件提供其原型，因此只需正确地调用这
种函数即可。本书前面的示例已经多次这样做了。例如，标准C 库中有一个strlen( )函数，可用来确定字
符串的长度。相关的标准头文件cstring 包含了strlen( )和其他一些与字符串相关的函数的原型。这些预备
工作使程序员能够在程序中随意使用strlen( )函数。

然而，创建自己的函数时，必须自行处理这3 个方面—定义、提供原型和调用。程序清单7.1 用一
个简短的示例演示了这3 个步骤。

#include <iostream> void simple(); int main() { using namespace std; cout << "main() will call the simple() function:\n"; simple(); return 0; } void simple() { using namespace std; cout << "I'm but a simple function.\n"; }

下面是该程序的输出：

main() will call the simple() function: I'm but a simple function.

执行函数simple()时，将暂停执行main( )中的代码；等函数simple()执行完毕后，继续执行main()中的
代码。在每个函数定义中，都使用了一条using 编译指令，因为每个函数都使用了cout。另一种方法是，
在函数定义之前放置一条using 编译指令或在函数中使用std::cout。

下面详细介绍这3 个步骤。

定义函数

可以将函数分成两类：没有返回值的函数和有返回值的函数。没有返回值的函数被称为void 函数，其
通用格式如下：

void functionName(parameterList) { statements(s); return; //optional }

其中，parameterList 指定了传递给函数的参数类型和数量，本章后面将更详细地介绍该列表。可选的
返回语句标记了函数的结尾；否则，函数将在右花括号处结束。void 函数相当于Pascal 中的过程、FORTRAN
中的子程序和现代BASIC 中的子程序过程。通常，可以用void 函数来执行某种操作。例如，将Cheers!打
印指定次数（n）的函数如下：

void cheers(int n) //no return value { for(int i=0;i<n;i++) std::cout<<"Cheers!"; std::cout<<std::endl; }

参数列表int n 意味着调用函数cheers( )时，应将一个int 值作为参数传递给它。
有返回值的函数将生成一个值，并将它返回给调用函数。换句话来说，如果函数返回9.0 的平方根（sqrt
（9.0）），则该函数调用的值为3.0。这种函数的类型被声明为返回值的类型，其通用格式如下：

typeName functionName(parameterList) { statements; return value; //value is type cast to type typeName }

对于有返回值的函数，必须使用返回语句，以便将值返回给调用函数。值本身可以是常量、变量，也
可以是表达式，只是其结果的类型必须为typeName 类型或可以被转换为typeName（例如，如果声明的返
回类型为double，而函数返回一个int 表达式，则该int 值将被强制转换为double 类型）。然后，函数将最
终的值返回给调用函数。C++对于返回值的类型有一定的限制：不能是数组，但可以是其他任何类型—整
数、浮点数、指针，甚至可以是结构和对象！（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。）

作为一名程序员，并不需要知道函数是如何返回值的，但是对这个问题有所了解将有助于澄清概念。（另
外，还有助于与朋友和家人交换意见。）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。返回函数和调用函数必须就该内存单元中存储的数据的类型
达成一致。函数原型将返回值类型告知调用程序，而函数定义命令被调用函数应返回什么类型的数据（参见
图7.1）。在原型中提供与定义中相同的信息似乎有些多余，但这样做确实有道理。要让信差从办公室的办公
桌上取走一些物品，则向信差和办公室中的同事交代自己的意图，将提高信差顺利完成这项工作的概率。

函数在执行返回语句后结束。如果函数包含多条返回语句（例如，它们位于不同的if else 选项中），则
函数在执行遇到的第一条返回语句后结束。例如，在下面的例子中，else 并不是必需的，但可帮助马虎的
读者理解程序员的意图：

int bigger(int a,int b) { if(a>b) return a; //if a>b ,function terminates here else return b; //oterwise,function terminates here }

如果函数包含多条返回语句，通常认为它会令人迷惑，有些编译器将针对这一点发出警告。然而，这
里的代码很简单，很容易理解。

有返回值的函数与Pascal、FORTRAN 和BASIC 中的函数相似，它们向调用程序返回一个值，然后调
用程序可以将其赋给变量、显示或将其用于别的用途。下面是一个简单的例子，函数返回double 值的立方：

double cube(double x) //x times x times x { return x*x*x; //a type double value }

例如，函数调用cube(1, 2)将返回1.728。请注意，上述返回语句使用了一个表达式，函数将计算该表
达式的值（这里为1.728），并将其返回。

函数原型和函数调用

至此，读者已熟悉了函数调用，但对函数原型可能不太熟悉，因为它经常隐藏在include 文件中。程序
清单7.2 在一个程序中使用了函数cheer( )和cube( )。请留意其中的函数原型。

#include <iostream> void cheers(int); //prototype :no return value double cube(double x); //prototype:returns a double int main() { using namespace std; cheers(5); //function call cout << "Give me a number:"; double side; cin >> side; double volume = cube(side); //function call cout<< "A " << side << " -foot cube has a volume of " << volume << " cubic feet.\n"; cheers(cube(2)); //prototype protection at work return 0; } void cheers(int n) { using namespace std; for (int i = 0; i < n; i++) cout << "Cheers! "; cout << endl; } double cube(double x) { return x * x * x; }

运行结果

Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Give me a number:5 A 5 -foot cube has a volume of 125 cubic feet. Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers!

main( )使用函数名和参数（后面跟一个分号）来调用void 类型的函数：cheers（5）；，这是一个函数调
用语句。但由于cube( )有返回值，因此main( )可以将其用在赋值语句中：

double volume=cube(side);

但正如前面指出的，读者应将重点放在原型上。那么，应了解有关原型的哪些内容呢？首先，需要知
道C++要求提供原型的原因。其次，由于C++要求提供原型，因此还应知道正确的语法。最后，应当感谢
原型所做的一切。下面依次介绍这几点，将程序清单7.2 作为讨论的基础。

为什么需要原型

原型描述了函数到编译器的接口，也就是说，它将函数返回值的类型（如果有的话）以及参数的类型
和数量告诉编译器。例如，请看原型将如何影响程序清单7.2 中下述函数调用：

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。

读者可能还会问，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。

原型的语法

函数原型是一条语句，因此必须以分号结束。获得原型最简单的方法是，复制函数定义中的函数头，
并添加分号。对于cube( )，程序清单7.2 中的程序正是这样做的：

double cube(double x); //add ;to header to get prototype

然而，函数原型不要求提供变量名，有类型列表就足够了。对于cheer( )的原型，该程序只提供了参数
类型：

void cheers(int); //okay to drop variable names in prototype

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。

原型的功能

正如您看到的，原型可以帮助编译器完成许多工作；但它对程序员有什么帮助呢？它们可以极大地降低程序出错的几率。具体来说，原型确保以下几点：

• 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）。
  前面已经讨论了如何正确处理返回值。下面来看一看参数数目不对时将发生的情况。例如，假设进行
  了如下调用：

double z=cube();

如果没有函数原型，编译器将允许它通过。当函数被调用时，它将找到cube( )调用存放值的位置，并
使用这里的值。这正是ANSIC 从C++借鉴原型之前，C 语言的工作方式。由于对于ANSI C 来说，原型是
可选的，因此有些C 语言程序正是这样工作的。但在C++中，原型不是可选的，因此可以确保不会发生这
类错误。

接下来，假设提供了一个参数，但其类型不正确。在C 语言中，这将造成奇怪的错误。例如，如果函
数需要一个int 值（假设占16 位），而程序员传递了一个double 值（假设占64 位），则函数将只检查64 位
中的前16 位，并试图将它们解释为一个int 值。但C++自动将传递的值转换为原型中指定的类型，条件是
两者都是算术类型。例如，程序清单7.2 将能够应付下述语句中两次出现的类型不匹配的情况：

cheers(cube(2));

首先，程序将int 的值2 传递给cube( )，而后者期望的是double 类型。编译器注意到，cube( )原型指
定了一个double 类型参数，因此将2 转换为2.0—一个double 值。接下来，cube( )返回一个double 值（8.0），
这个值被用作cheer( )的参数。编译器将再一次检查原型，并发现cheer( )要求一个int 参数，因此它将返回
值转换为整数8。通常，原型自动将被传递的参数强制转换为期望的类型。（但第8 章将介绍的函数重载可
能导致二义性，因此不允许某些自动强制类型转换。）

自动类型转换并不能避免所有可能的错误。例如，如果将8.33E27 传递给期望一个int 值的函数，则这
样大的值将不能被正确转换为int 值。当较大的类型被自动转换为较小的类型时，有些编译器将发出警告，
指出这可能会丢失数据。

仅当有意义时，原型化才会导致类型转换。例如，原型不会将整数转换为结构或指针。
在编译阶段进行的原型化被称为静态类型检查（static type checking）。可以看出，静态类型检查可捕获
许多在运行阶段非常难以捕获的错误。