1、6.1 模塊化帶來的好處,從軟件工程的角度上說，降低程序復(fù)雜性的有效方法是合理的模塊化和局部化。在設(shè)計(jì)一個復(fù)雜的程序時，往往把整個程序劃分為若干個功能較為單一的模塊，分別予以實(shí)現(xiàn)，再把所有的模塊像搭積木一樣搭起來，這種在程序設(shè)計(jì)中分而治之的策略，被稱為模塊化程序設(shè)計(jì)方法。在C+中，這些模塊就是一個個的函數(shù)，函數(shù)也是C+構(gòu)造程序的重要的基本單位。 語句是構(gòu)成程序的最基本單位，函數(shù)也是由語句構(gòu)成的，從程序設(shè)計(jì)的角度上說，函數(shù)（一系列語句）常被當(dāng)成一個整體來看，這就降低了程序的復(fù)雜度。,6.1.1 函數(shù)的調(diào)用過程,在前面的學(xué)習(xí)中大家已經(jīng)熟悉了main()函數(shù)，一個C+程序里包含一個主函數(shù)（即main

2、函數(shù)）和若干個其它函數(shù)，main()處于最頂層，其他函數(shù)作為其下層模塊，main()函數(shù)調(diào)用其它函數(shù)，其它函數(shù)之間也可以互相調(diào)用。圖6.1為一個C+程序的模塊結(jié)構(gòu)圖，程序的執(zhí)行過程為ABCDEFGHIJKMN。 任何一個C+程序都是從main()函數(shù)開始執(zhí)行，而且是只執(zhí)行main()函數(shù)，從main()的前花括號開始，到main()的后花括號為止，在此過程中，如果碰到函數(shù)調(diào)用語句（如中的“函數(shù)1;”），便暫時中斷main()的執(zhí)行，將程序流程轉(zhuǎn)到被調(diào)用函數(shù)（對應(yīng)中的B），執(zhí)行完被調(diào)用函數(shù)或遇到return語句則返回main()函數(shù)（對應(yīng)中的H），繼續(xù)執(zhí)行，一個函數(shù)也可以調(diào)用其他函數(shù)（如中函數(shù)1

3、調(diào)用函數(shù)3），這時的調(diào)用過程與main()函數(shù)調(diào)用其他函數(shù)過程類似，常稱為函數(shù)嵌套。,6.1.2 抽象和封裝,面向過程的程序設(shè)計(jì)是基于功能分析的，最關(guān)心的是如何實(shí)現(xiàn)一個模塊的功能以及如何使用這個模塊，至于模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，對其他模塊來說是不重要的，完全可隱藏的。對函數(shù)而言，這個道理同樣適用，在第2章主函數(shù)小節(jié)中提到了函數(shù)由函數(shù)頭和函數(shù)體兩部分組成，而函數(shù)頭定義了函數(shù)和調(diào)用它的函數(shù)之間的接口。在C+程序中，函數(shù)可以看成一個封裝體，將一系列相關(guān)的、實(shí)現(xiàn)某一功能的代碼封裝起來，并提供了一個使用方法（程序中常稱接口），通過該接口可以在程序的任何地方使用這些代碼完成特定功能，至于函數(shù)是如何編寫的，可能并不

4、是用戶關(guān)心的重點(diǎn)，用戶真正關(guān)心的是這個函數(shù)如何使用。,6.1.3 實(shí)現(xiàn)一個函數(shù),實(shí)現(xiàn)一個函數(shù)有3個步驟：定義、聲明與調(diào)用，拿電影來做比喻，定義等價于電影的拍攝，聲明等價于電影院得到放映許可，調(diào)用是電影院放電影，電影院可以自行拍攝，也可以拿別的單位拍的電影來放，在程序中，這意味著可以自己定義函數(shù)，也可以使用諸如標(biāo)準(zhǔn)庫或第三方庫提供的函數(shù)，但在使用前，都要進(jìn)行聲明，通知編譯器函數(shù)的存在，以獲得函數(shù)的使用許可，才能進(jìn)行調(diào)用，聲明后，程序可以多次調(diào)用函數(shù)，等同于電影院在獲得放映許可后，可以多次放映影片。見示例代碼61：,6.2 函數(shù)定義,函數(shù)定義由函數(shù)頭和函數(shù)體兩部分組成，其基本形式為： 返回類型 函

5、數(shù)名(參數(shù)列表) 函數(shù)體 函數(shù)定義通過這一結(jié)構(gòu)告訴編譯器要進(jìn)行的操作。 最小的函數(shù) - 無返回值、無參數(shù) void MyFunction1(void) ,6.2.1 函數(shù)頭,第一行“返回值類型 函數(shù)名(參數(shù)列表)”稱為函數(shù)頭，定義了函數(shù)和調(diào)用它的函數(shù)之間的接口： （1）函數(shù)名 上級函數(shù)通過函數(shù)名實(shí)現(xiàn)對函數(shù)的調(diào)用，函數(shù)名是一個符合C+語法要求的標(biāo)識符，定義函數(shù)名與定義變量名的規(guī)則是一樣的，但應(yīng)盡量避免用下劃線開頭，因?yàn)榫幾g器常常定義一些下劃線開頭的變量或函數(shù)。函數(shù)名應(yīng)盡可能反映函數(shù)的功能，做到“望文知義”。 （2）參數(shù)列表 0個或多個變量，用于向函數(shù)傳送數(shù)值或從函數(shù)帶回?cái)?shù)值，每個參數(shù)都應(yīng)采取“類

6、型 變量名”形式，參數(shù)列表中的參數(shù)稱為形式參數(shù)，簡稱形參。編譯器并不會在函數(shù)定義時為這些參數(shù)分配內(nèi)存空間，只有在函數(shù)調(diào)用時，向函數(shù)傳遞了實(shí)參后，這些參數(shù)才稱為程序?qū)嶓w，形參相當(dāng)于劇本中的角色，而實(shí)參是演員，在中，函數(shù)定義中的x和y是劇本角色，而變量num1和num2是演員，num1扮演了x的角色，num2扮演了y的角色。如果參數(shù)表列中參數(shù)個數(shù)為0，我們稱之為無參函數(shù)，無參函數(shù)可以定義為： 返回類型 函數(shù)名( ) 或 返回類型 函數(shù)名(void) （3）返回類型 指定函數(shù)用return返回的函數(shù)值的類型，如果函數(shù)沒有返回值，返回類型應(yīng)為void。C+對返回值的類型有一定限制，不能是數(shù)組，但可以是

7、其他任何類型，如整型、浮點(diǎn)型、指針，甚至是結(jié)構(gòu)和共用體等。,6.2.2 函數(shù)體,花括號中的語句稱為函數(shù)體，一個函數(shù)的功能，通過函數(shù)體中的語句來完成，函數(shù)體指明了函數(shù)要進(jìn)行的操作及操作順序。 程序執(zhí)行到函數(shù)體中的return語句返回，在函數(shù)體中可以有多個return語句，但函數(shù)只能有一個出口，換句話說，只執(zhí)行一條返回語句，返回語句的基本形式為： return 表達(dá)式; 表達(dá)式的類型應(yīng)當(dāng)與函數(shù)頭中指定的返回類型一致，否則，編譯器會根據(jù)函數(shù)頭中指定的返回類型對表達(dá)式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 返回主要起如下作用： （1）撤銷函數(shù)調(diào)用時為參數(shù)和變量分配的棧內(nèi)存空間； （2）向調(diào)用函數(shù)（上級）返回最多一個值（表達(dá)式的值

8、）； （3）將程序流程從當(dāng)前函數(shù)返回上級函數(shù)。 代碼6.1中，add函數(shù)的定義如下： int add (int x, int y) int z = x + y; return z; ,6.2.3 函數(shù)定義補(bǔ)充說明,當(dāng)函數(shù)的返回類型是void時，表明函數(shù)不向上級函數(shù)返回任何值，這時可以用一個空的“return;”語句，將程序流程返回，撤銷函數(shù)調(diào)用時為參數(shù)和變量分配的棧內(nèi)存空間，空的“return;”語句位于函數(shù)末尾時，該語句可以省略，用函數(shù)體的后花括號實(shí)現(xiàn)函數(shù)的返回即可。 通常用返回類型為void的函數(shù)執(zhí)行某些操作，見代碼62 。 int main() void print();/函數(shù)聲明 pr

9、int();/函數(shù)調(diào)用 return 0; void print()/函數(shù)定義,void表示沒有返回值 int n; coutn; cout你輸入的數(shù)是：nendl; ,6.3 函數(shù)聲明,函數(shù)聲明，也稱函數(shù)原型。函數(shù)聲明，用以通知編譯器函數(shù)的存在，以獲得函數(shù)的使用許可，惟其如此，才能在程序中對函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。,6.3.1 為什么要進(jìn)行函數(shù)聲明,函數(shù)聲明描述了函數(shù)和編譯器間的接口，想要調(diào)用一個函數(shù)，必須在調(diào)用函數(shù)中必須對被調(diào)用函數(shù)進(jìn)行說明。 在代碼61中，main()函數(shù)中的“int add(int x,int y);”用于在main()函數(shù)內(nèi)聲明add函數(shù)，使其在main()函數(shù)內(nèi)可用，同時告訴

10、編譯器，add函數(shù)接收兩個int型的輸入?yún)?shù)，如果程序沒有提供這樣的參數(shù)，編譯器便會指出錯誤，或?qū)魅氲钠渌愋蛥?shù)進(jìn)行隱式轉(zhuǎn)換，在add函數(shù)完成計(jì)算后，將把返回值放置到指定位置（可能是CPU寄存器，也可能是某個內(nèi)存單元），然后上級函數(shù)（代碼61中為main()函數(shù)）從這個位置取得返回值，add函數(shù)的聲明指出了返回值類型為int，編譯器借此知道應(yīng)檢索多少內(nèi)存字節(jié)并對這些字節(jié)作出解釋。圖6.2形象化地說明了代碼61中的函數(shù)聲明的作用和返回值機(jī)制。,6.3.2 如何聲明一個函數(shù),函數(shù)聲明類似于函數(shù)定義，不過沒有實(shí)現(xiàn)代碼，函數(shù)說明的一般形式如下： 返回類型 函數(shù)名(參數(shù)表列); 函數(shù)聲明是一個語句，

11、所以要以分號結(jié)束，在書寫函數(shù)聲明時，只要把函數(shù)頭復(fù)制下來，并在末尾添加分號即可。 語句結(jié)尾處有無分號常常可用來區(qū)分是函數(shù)聲明還是函數(shù)定義。 如代碼6.1中的“int add(int x, int y);”，不過，函數(shù)聲明只要與函數(shù)定義一致，能提供給編譯器足夠的信息即可，因此，C+中的函數(shù)聲明不要求提供變量名，add函數(shù)的聲明可以寫成： int add(int, int); 從中編譯器得知：函數(shù)名為add，接收兩個int型的參數(shù)，返回值類型為int，這些信息已經(jīng)足夠，“int add(int x,int y);”中的變量名x和y僅僅起到增強(qiáng)程序可讀性的作用，而且，這個變量名也可以與函數(shù)定義中的形

12、參不同，也就是說，將聲明語句寫成下列形式絲毫不會影響程序的編譯和運(yùn)行。 int add(int A, int B);,6.3.3 分割程序文件,一些程序常常由許多文件組成，為了方便管理，常常將函數(shù)定義在cpp文件中，而將函數(shù)的聲明語句放在與cpp文件同名的頭文件（h文件）中，這樣就可以通過編譯預(yù)處理 #include 或#include “xxx.h” 實(shí)現(xiàn)函數(shù)的聲明，這種方法在大型程序文件的組織中十分有用，見代碼6.3。 #include 用于C+系統(tǒng)提供的頭文件，這些頭文件一般位于C+系統(tǒng)目錄下的include子目錄下，而 #include “xxx.h” 適用于用戶自己建立的頭文件，預(yù)處

13、理器接收到該指令后，會首先在當(dāng)前文件所在目錄中進(jìn)行搜尋，如果找不到，再到C+系統(tǒng)頭文件中尋找。,6.4 函數(shù)調(diào)用,在前面的代碼中，讀者已經(jīng)知道了如何調(diào)用一個函數(shù)，函數(shù)定義和函數(shù)聲明的目的都是為了函數(shù)調(diào)用，唯有函數(shù)調(diào)用才是利用函數(shù)實(shí)現(xiàn)某個功能的過程，函數(shù)調(diào)用的基本形式為： 函數(shù)名(實(shí)參列表)； 對于無參函數(shù)，其調(diào)用形式為： 函數(shù)名(); 函數(shù)調(diào)用由函數(shù)名和函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符（）組成，（）內(nèi)有0個或多個逗號分隔的參數(shù)（稱為實(shí)參）。每一個參數(shù)是一個表達(dá)式，且參數(shù)的個數(shù)與參數(shù)的類型要與被調(diào)函數(shù)定義的參數(shù)（稱為形參）個數(shù)和類型匹配，首先計(jì)算參數(shù)表達(dá)式的值，并將此值傳遞給形參。如果函數(shù)調(diào)用后有返回值，調(diào)用表達(dá)

14、式可以用在表達(dá)式中，如中的 int numTotal=add(num1,num2);，而無參函數(shù)的調(diào)用必須是一個單獨(dú)的語句，如 print();。 函數(shù)調(diào)用的主要作用是： (1)用實(shí)參向形參傳遞數(shù)據(jù)； (2)為獲得數(shù)據(jù)的參數(shù)和函數(shù)中聲明的變量分配臨時存儲空間； (3)中斷當(dāng)前正在運(yùn)行的上級調(diào)用函數(shù)，將程序流程轉(zhuǎn)到被調(diào)用函數(shù)的入口處。,6.4.1 形參和實(shí)參,形參和實(shí)參，類似與劇本角色和演員的關(guān)系，同一個角色可以由不同的演員來扮演，只有在演員扮演的過程中，角色才是鮮活、有意義的。前面的章節(jié)已經(jīng)提到，在函數(shù)定義時，并不會為參數(shù)列表中的參數(shù)分配內(nèi)存空間，只有在函數(shù)調(diào)用時，才為形參分配內(nèi)存空間，并用實(shí)

15、參的值為其賦值，在執(zhí)行到函數(shù)結(jié)束時，程序會撤銷調(diào)用過程中為參數(shù)和中間變量分配的內(nèi)存空間。代碼64演示了形參和實(shí)參的關(guān)系： int main() int n = 2; cout 地址： 程序運(yùn)行結(jié)果：地址：0013FF7C 數(shù)值：2 地址：0013FF2C 數(shù)值：2（注意：print函數(shù)中的參數(shù)n和main函數(shù)中的參數(shù)n占據(jù)不同的內(nèi)存地址）,6.4.2 參數(shù)類型轉(zhuǎn)換,調(diào)用函數(shù)時，如果實(shí)參類型與形參類型不匹配，編譯器會對實(shí)參自動進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換（隱式轉(zhuǎn)換），形參的類型，取決于函數(shù)的聲明語句，見代碼65。 int main() double m = 12;/聲明一個double型變量m void pri

16、nt(int);/函數(shù)聲明 print(m);/函數(shù)調(diào)用時，實(shí)參m隱式轉(zhuǎn)換為int型傳遞給形參 return 0; void print(int n)/函數(shù)定義 cout數(shù)值：nendl; 程序運(yùn)行結(jié)果：數(shù)值：2,6.4.3 值傳遞,很多C+教科書在講述函數(shù)傳值調(diào)用時都會舉下面這個例子，見代碼66 。 int main() void change(int, int);/函數(shù)聲明 int x = 2, y = 3; cout 交換前：x= x ,y= y endl; change(x, y);/傳值調(diào)用 cout 交換后：x= x ,y= y endl; return 0; void chang

17、e(int n, int m)/函數(shù)定義 int temp; temp = n; n = m; m = temp; 輸出結(jié)果： 交換前：x = 2， y = 3； 交換后：x = 2， y = 3；,6.4.4 指針傳遞,要想被調(diào)函數(shù)改變調(diào)用函數(shù)中的變量值，應(yīng)使函數(shù)中的操作直接作用在調(diào)用函數(shù)的變量上，要達(dá)到目的，一個有效途徑是使用指針傳遞，先看代碼67 。 int main() void change(int *, int *);/函數(shù)聲明，形參為指針類型 int x = 2, y = 3; cout 交換前：x= x ,y= y endl; change( 輸出結(jié)果： 交換前：x = 2，

18、y = 3； 交換后：x = 3， y = 2；,6.4.5 引用傳遞,在第4章中已經(jīng)提及，對變量的引用相當(dāng)于變量的別名，以“int ,6.4.6 對3種傳遞的補(bǔ)充（函數(shù)返回值）,3種傳遞方式不僅僅是參數(shù)傳遞，函數(shù)返回某個值也有值傳遞、指針傳遞和引用傳遞3種方式。 代碼6.9是使用范例。 返回值為指針和引用類型時，要注意函數(shù)內(nèi)定義或聲明的變量為自動（臨時）變量，這些變量在函數(shù)結(jié)束后會被自動撤銷，其占用的內(nèi)存也會被系統(tǒng)收回；也就是說此時返回的指針和引用都是無效的。例如： int * minus(int m, int n) int k = 0;int * z = 函數(shù)執(zhí)行完畢后，指針z和函數(shù)中的變

19、量被撤銷，可能導(dǎo)致程序崩潰。,6.4.7 缺省參數(shù)調(diào)用,缺省參數(shù)調(diào)用的基本思想是在聲明語句中預(yù)先初始化一些參數(shù)的值，在調(diào)用語句中相應(yīng)的參數(shù)可以缺省。 缺省參數(shù)調(diào)用的規(guī)則 （1）定義時，缺省參數(shù)必須按照從右向左順序； （2）調(diào)用時，如某一參數(shù)缺省，其后的參數(shù)也必須缺省。,6.4.8 inline函數(shù),函數(shù)的引入可以減少程序的代碼量，使得函數(shù)程序可以在代碼間共享。但函數(shù)調(diào)用需要一些時空開銷，在調(diào)用函數(shù)時，要中斷調(diào)用函數(shù)，將執(zhí)行流程轉(zhuǎn)移到被調(diào)函數(shù)中，待被調(diào)函數(shù)執(zhí)行完畢后，返回調(diào)用函數(shù)。因此，在調(diào)用函數(shù)前，應(yīng)保護(hù)被調(diào)函數(shù)現(xiàn)場，記錄程序當(dāng)前位置，以方便從被調(diào)函數(shù)中返回，恢復(fù)現(xiàn)場，并從原來的位置處繼續(xù)執(zhí)行

20、。 對于較長的函數(shù)，這種開銷可以忽略不計(jì)，但對于一些很短的、頻繁調(diào)用的函數(shù)體，這種開銷就不能不能忽視。舉例來說，代碼6.3中的print函數(shù)定義如下： void print(int x) coutxendl; ,6.5 遞歸（略）,除了main()函數(shù)外，C+函數(shù)可以調(diào)用自身，這稱為遞歸，是一種通用的編程技術(shù)，可以有效降低問題的復(fù)雜度，為解決某些問題提供了極大的方便，首先來看一個用以求階乘的函數(shù)，對于一個整數(shù)n，其階乘n！定義為： n!=n*(n-1)*(n-2)*3*2*1 0的階乘為1，讀者可以從階乘定義中總結(jié)出以下規(guī)律，對n0而言： n!=n*(n-1)! 直觀上，可以用循環(huán)語句計(jì)算n的

21、階乘，如下列代碼所示： int Calc(int n) int res=1; for(int i=1; i=n; i+) res*=I; return res; ,6.6 函數(shù)的重載,自然語言中，一個詞可以有不同的含義，即該詞被重載了，人們可以根據(jù)上下文判斷該詞的意義，在C+程序，可以將語義、功能相似的幾個函數(shù)用同一個名字來表示，這樣便于記憶，提高了函數(shù)的易用性，稱為函數(shù)重載。函數(shù)重載的示例見代碼613 。,6.6.1 何時使用函數(shù)重載,將不相關(guān)的函數(shù)都用同樣的名字來命名不是個明智的選擇，將降低程序的可讀性，使程序難以理解，因此，函數(shù)重載必須用在合適的場合。 函數(shù)名相同，最重要的一點(diǎn)是函數(shù)要完

22、成的任務(wù)一樣（至少是類似），比如，都用來輸出信息，或都用來和某個硬件打交道等，避免函數(shù)名字相同，但功能完全不同的情形。其次，形式參數(shù)的類型應(yīng)不同，對于形參類型相同，只有形參個數(shù)不同的場合，就無需定義兩個函數(shù)，采用前面提及的缺省參數(shù)調(diào)用機(jī)制，只要定義一個函數(shù)即可。 不過，如果形參類型不同，缺省參數(shù)調(diào)用便不再適用，此時，應(yīng)使用函數(shù)重載。,6.6.2 如何實(shí)現(xiàn)函數(shù)重載,當(dāng)調(diào)用多個同名的重載函數(shù)時，要求能夠唯一地確定應(yīng)執(zhí)行哪一個函數(shù)，這是通過函數(shù)參數(shù)的個數(shù)和類型來區(qū)分的。所以，重載的函數(shù)要求參數(shù)個數(shù)或者參數(shù)類型上不同，否則會出現(xiàn)編譯錯誤。 C+中不允許幾個函數(shù)名相同、形參個數(shù)和類型也相同，僅僅是返回值

23、不同的情形，否則，程序編譯時會出現(xiàn)函數(shù)重復(fù)定義的錯誤，此時，編譯器無法根據(jù)返回值不同決定具體要調(diào)用的函數(shù)。,6.6.3 陷阱：隱式轉(zhuǎn)換導(dǎo)致重載函數(shù)出現(xiàn)二義性,調(diào)用重載的函數(shù)時，如果實(shí)參類型與形參類型不匹配，編譯器會對實(shí)參自動進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換后仍然不能匹配到重載的函數(shù)，則會產(chǎn)生一個編譯錯誤，見代碼614。,6.7 C+如何使用內(nèi)存,C+有3種管理數(shù)據(jù)內(nèi)存的方式：自動存儲（棧存儲）、靜態(tài)存儲和動態(tài)存儲（堆存儲），不同的方式下，內(nèi)存的分配形式，存在時間的長短都不同，其中，動態(tài)存儲方式已經(jīng)在第4章中進(jìn)行了介紹，下面對自動存儲和靜態(tài)存儲進(jìn)行說明。,6.7.1 自動存儲（棧存儲）,對于在函數(shù)的形參、

24、內(nèi)部聲明的變量及結(jié)構(gòu)變量等，編譯器將在函數(shù)執(zhí)行時為形參自動分配存儲空間，在執(zhí)行到變量和結(jié)構(gòu)變量等的聲明語句時為其自動分配存儲空間，因此稱其為自動變量（automatic variable），有的教科書也稱其為局部變量，在函數(shù)執(zhí)行完畢返回時，這些變量將被撤銷，對應(yīng)的內(nèi)存空間將被釋放。 事實(shí)上，自動變量的生存期只局限于它所在的代碼塊。所謂代碼塊，是包含在花括號對中的一段代碼，函數(shù)只是代碼塊的一種，比較下面兩段代碼：,6.7.2 靜態(tài)存儲（編譯器預(yù)分配）,每個C+程序?qū)?yīng)著一塊靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（也稱全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)）。在源程序編譯時，編譯器就為某些程序?qū)嶓w（某些變量及所有的常量）預(yù)分配存儲地址和內(nèi)存空間，程序一開始執(zhí)行，這些程序?qū)嶓w就被創(chuàng)建，一直到程序結(jié)束才被撤銷，并釋放對應(yīng)的內(nèi)存空間，因此稱其為“永久存儲”。靜態(tài)存儲的程序?qū)嶓w的數(shù)目在程序運(yùn)行過程中是不變的，因此無須使用特殊的機(jī)制（如堆、棧）來管理它們，編譯器將分配固定的內(nèi)存塊來存儲所有的靜態(tài)存儲實(shí)體。 常量已經(jīng)在第2章進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，下面對靜態(tài)存儲的變量進(jìn)行討論，根據(jù)用法不同，靜態(tài)存儲的變量可分為“全局變量”和“靜態(tài)變量”。,6.8 作用域與可見域,在函數(shù)一節(jié)，討論形參變量時曾經(jīng)提到：形參變