【C++Primer筆記】第六章函數

文章目錄

- 函數基礎
- 參數傳遞
- - const形參和實參
  - 數組形參
  - 可變形參
- 傳回類型
- - 傳回數組指針
- 函數重載
- - 函數比對
- 特殊用途語言特性
- - 預設實參
  - 内聯函數
  - constexpr函數
  - 調試幫助
- 函數指針

函數基礎

實參傳給形參的規則參見用右值初始化左值。是以，（舉例）如果有一個形參為 int ，則必須傳入一個能轉換成 int 的實參（整型、浮點型）。
在C++中，名字有作用域，對象有生命周期。一旦函數終止，形參就會被銷毀。函數内部的變量也必須被初始化，否則就會被預設初始化為未定義的值。
局部靜态對象（ static ）直到程式終止才會被銷毀。内置類型的局部靜态變量可以被隐式地初始化為0。
在函數的聲明中可以省略形參的名字。但還是建議把名字寫上，便于讀者了解形參含義。含有函數聲明的頭檔案應該被包括到函數的源檔案中。

參數傳遞

每次調用函數都會重新建立形參，并用實參初始化形參。當形參是引用類型時，它對應的實參被引用傳遞；當實參的值被拷貝給形參時，實參被值傳遞。

void reset(int *ip)
{
	*ip = 0; //改變了ip所指對象的值
	ip = 0; //并不改變指針ip的值
}
reset(&i); //調用
//如果形參是引用，調用時就隻用寫reset(i)

在C++中，建議使用引用類型的形參代替指針。

傳引用參數的作用：
- 使用引用避免拷貝。當某種類型不支援拷貝操作、或需要拷貝的對象可能非常大（如 string 類型）時，應使用引用形參。如果無需改變實參内容，應使用 const 。
- 使用引用形參傳回額外資訊。有時函數需要多個傳回值，引用形參為我們一次傳回多個結果提供了有效的途徑（你懂的）。

const形參和實參

形參的初始化方式和變量的初始化方式是一樣的，回顧通用的初始化規則有助于了解本節知識。

當用實參初始化形參時，會忽略掉頂層 const （作用于對象本身的常量屬性）。是以給形參添加頂層 const 屬性并不能構成函數重載（因為傳入這兩個函數的實參可以完全一樣：常量或非常量）。
可以使用非常量初始化底層 const 對象，但反之則不行（引用同理）。
一個普通的引用必須用同類型的對象初始化。不能把普通引用綁定到字面值上，不過常量引用可以（或者就一個 string 型）。
我們為什麼要把函數不會改變的形參定義為常量引用？除了提醒人們函數内不能改變形參，還有兩個更為隐蔽的原因：
- 不能把 const 對象、字面值或需要類型轉換的對象傳給普通引用形參：
```
string::size_type find_char(string &s, char c,
					string::size_type &occurs);
find_char("Hello world!", 'o', ctr); //錯誤！
           
```
- 如果其他函數正确地将其形參定義為常量引用，則（如find_char函數）無法在此類函數中正常使用：
```
bool is_sentence(const stirng &s)
{
	string::size_type ctr = 0;
	return find_char(s, '.', ctr) == s.size()-1 && ctr == 1; //錯誤！
}
           
```

數組形參

```
void print(const int *);
void print(const int[]);
void print(const int[10]);
           
```
上述三個函數聲明是等價的。編譯器隻檢查傳入的參數是否是 const int* 類型，而不關心數組的次元。數組的大小對函數的調用沒有影響！
確定數組不越界的三種技術：
- **使用标記指定數組長度。**适用于C風格字元串（在最後一個字元後面跟着一個空字元）。例如：循環條件為指針不為空。
- **使用标準庫規範。**傳遞指向數組首元素和尾元素的指針：
```
void print(const int *beg, const int *end)
{
	while (beg != end)
		cout << *beg++ << endl; //經典寫法
}
int j[2] = {0,1};
print(begin(j), end(j)); //調用
           
```
- （回顧C程式的寫法）專門定義一個表示數組大小的形參。
當函數不需要對數組元素執行寫操作時，數組形參應該是指向const的指針。
數組引用作為形參時，因為次元是類型的一部分，是以必須寫上。
```
void print(int (&arr)[10]);
           
```
這一用法限制了print函數的可用性：隻能傳遞次元為10的數組。

傳遞多元數組時，數組第二維（以及後面所有次元）的大小都是數組類型的一部分，不能省略。

void print(int (*matrix)[10], int rowSize);
void print(int matrix[][10], int rowSize);
//matrix都是指向含有10個整數的數組的指針

main 函數是了解C++程式如何向函數傳遞數組的好例子：
```
int main(int argc, char *argv[]) {...}
           
```
argv[0]為空字元串或程式名字，非使用者輸入；最後一個指針之後的元素值保證為0（舉例：argv[5] = 0; 此時argc等于5）。

可變形參

如果函數的實參數量未知，但全部實參的數量都相同，可以使用

initializer_list

類型的形參（定義在同名頭檔案中，常用于輸出程式産生的錯誤資訊）：

void error_msg(initializer_list<string> i1)
{
	for (const auto &elem : i1) //用引用避免拷貝
		cout << elem << endl;
}
//expected和actual是string對象
if (expected != actual)
    error_msg({"functionX", expected, actual});
//要有花括号來初始化initializer_list<string>
else
    error_msg({"functionX", "okay"});
/* i1.size()
 * i1.begin()
 * i1.end() */

和 vector 不一樣的是， initializer_list 對象中的元素永遠是常量，我們無法改變它們。
省略符形參 ... 因該僅僅用于C和C++通用的類型。而且，大多數類型的對象在傳遞給省略符形參時，都無法正确拷貝（是以基本不要用）。

傳回類型

傳回 void 的函數不要求非得有 return 語句，因為在這類函數的最後一行會隐式地執行 return 。當然， void 函數如果想在中間位置提前退出，可以使用 return 。
對于有傳回值的函數，在含有 return 語句的循環後面應該也有一條 return 語句，沒有的話就是錯誤的；因為循環可能不被執行。
**不要傳回局部對象的引用或指針！！！**要確定引用所引的是在函數之前就存在的對象。一旦函數完成，局部對象就會被釋放。
調用運算符的優先級和點、箭頭運算符相同，且都滿足左結合律。是以，形如下面的語句是合法的：
```
auto sz = shorterString(s1, s2).size();
           
```
函數的傳回類型決定函數調用是否為左值。我們能為傳回類型是非常量引用的函數的結果指派。
C++新标準允許清單初始化傳回值：
```
vector<string> process()
{
	...
	return {"stage1", "prepared"};
}
           
```
如果函數傳回内置類型，則花括号包圍的清單最多包含一個值。
如果控制到達了 main 函數的結尾且沒有 return 語句，編譯器将隐式地插入一條傳回0的 return 語句。
在遞歸調用中，一定有某條路徑是不包含遞歸調用的；否則，函數将不斷地調用它自身直到程式棧空間耗盡為止。 main 函數不能調用它自己喔。

傳回數組指針

因為數組不能被拷貝，是以函數不能傳回數組，但是函數能傳回數組的指針或引用。最直接的方法是使用類型别名：
```
typedef int arr[10];
//using arr = int[10]; 等價聲明
arr* func(int i);
           
```

要想不使用類型别名，必須加上傳回類型的次元：

int (*p)[10] = &arr; //arr是int[10]型
int (*func(int i))[10];
//(*func(int i))意味着我們可以對函數調用的結果解引用
//(*func(int i))[10]表示解引用的結果是一個大小為10的數組

C++新标準允許使用尾置傳回類型（适用于傳回類型較複雜的函數，如傳回類型是數組的指針或引用）：
```
//在本應出現傳回類型的地方放一個auto
auto func(int i) -> int(*)[10];
           
```
如果我們知道函數傳回的指針指向哪個數組，可以使用 decltype 聲明傳回類型：
```
int odd[] = {1,3,5,7,9};
int even[] = {0,2,4,6,8};
decltype(odd) *func(int i)
{
	return (i%2) ? &odd : &even;
} //decltype(odd)是數組類型而不是數組指針，是以還要加上*
           
```
當數組被用作 decltype 關鍵字的參數，或者作為取位址符 & 、 sizzeof 等運算符的對象時，數組不會被隐式地轉換成指針。

函數重載

僅有傳回類型不同，不構成重載。 main 函數不能重載。
如const形參和實參一節所說，頂層 const 不影響傳入函數的對象，是以參數的頂層 const 屬性不能構成重載。另一方面，如果形參是某種類型的指針或引用，則通過區分其指向的是常量對象還是非常量對象可以實作重載。此時的 const 是底層的。
```
Record lookup(Phone*);
Record lookup(Phone* const); //不構成重載

Record lookup(Phone*);
Record lookup(const Phone*); //構成重載
           
```
我們隻能把 const 對象或指向 const 的指針傳給 const 形參。而當我們傳遞一個非常量對象時，編譯器會優先使用非常量版本的函數。

const_cast

在函數重載中最有用：

const string &shorertString(const string &s1,
                          const string &s2)
{
	return s1.size()<s2.size() ? s1 : s2;
} //常量版本函數（傳入常量，傳回常量）
string &shorterString(string &s1, string &s2)
{
    auto &r = shorterString(
              const_cast<const string&>(s1),
    	      const_cast<const string&>(s2));
    return const_cast<string&>(r);
} //非常量版本函數中，可以調用常量版本，精簡代碼

const

版本傳回對

const string

的引用，但這個引用事實上綁定在了非常量實參上，是以我們可以再将其轉換為一個普通的

string&

，這顯然是安全的。

**在不同的作用域中無法重載函數名。**通常來說，在局部作用域中聲明函數不是一個好的選擇。

函數比對

候選函數：與被調用函數同名、其聲明在調用點可見。可行函數：形參數量等于實參且類型相同（或能轉換）。
尋找最佳比對：如果有一個函數，每個實參的比對都不劣于其他可行函數需要的比對，且至少有一個參數優于其他可行函數提供的比對，則比對成功；否則調用具有二義性，是錯誤的。
所有類型轉換的級别都一樣。隻有當調用提供 short 類型的值，才會選擇 short 版本的函數（否則選用 int 版本）。

特殊用途語言特性

預設實參

一旦某個形參被賦予了預設值，它後面的所有形參都必須有預設值。預設實參負責填補函數調用缺少的尾部實參。
當設計含有預設實參的函數時，要合理設定形參順序，盡量讓不怎麼使用預設值的形參出現在前面，而讓經常使用預設值的形參出現在後面。
通常，應該在函數聲明中指定預設形參，并将該聲明放在合适的預設形參中。函數的後續聲明隻能為之前沒有預設值的形參添加預設實參。
局部變量不能作為預設實參。除此之外，隻要表達式的類型能轉換成形參所需要的類型，該表達式就能作為預設形參：

int wd = 80;
string screen(int sz = wd);
void f2()
{
	wd = 100;
} 
//函數f2内改變了wd，是以對screen的調用會傳遞這個更新過的值

内聯函數

把規模較小的操作定義成函數，有利于確定行為的統一、便于修改、能夠被重複利用。
内聯函數（在傳回類型前加上 inline ）能夠在調用點上内聯地展開，避免函數調用的開銷。
内聯機制用于優化規模較小、流程直接、頻繁調用的函數（往往不支援遞歸）。内聯函數通常定義在頭檔案中。

constexpr函數

constexpr 函數（被隐式地指定為内聯函數）是指能用于常量表達式的函數：
```
constexpr int new_sz() {return 42;}
constexpr int foo = new_sz;
           
```
規定：函數的傳回值類型、所有的形參類型必須是字面值類型；函數體中隻有一條 return 語句。

允許

constexpr

函數的傳回值并非一個常量。

constexpr size_t scale(size_t cnt)
{
	return new_sz() * cnt;
} //如果arg是常量表達式，scale(arg)也是常量表達式
int arr[scale(2)]; //正确：scale(2)是常量表達式
int i = 2;
int arr[scale(i)]; //錯誤：scale(i)不是常量表達式

調試幫助

assert

是一種預處理宏。定義在

cassert

頭檔案中，無需為其提供

using

聲明。

assert(expr);
//如果表達式為假（即0），assert輸出資訊并終止程式運作
//如果表達式為真，assert什麼也不做

assert

宏常用于檢查“不能發生”的條件。

如果在 main.c 檔案的一開始寫 #define NDEBUG ，可以關閉調試狀态；此時 assert 将不執行運作時檢查。此外， NDEBUG 也可用于編寫自己的調試代碼：
```
void print()
{
#ifdef NDEBUG
	cerr << __func__ << endl;
#endif
}
           
```
__func__ 是編譯器定義的一個局部靜态變量，用于存放函數的名字。除此之外，預處理器還定義了4個對程式調試很有幫助的名字：
- __FILE__ 存放檔案名的字元串字面值
- __LINE__ 存放目前行号的整形字面值
- __TIME__ 存放檔案編譯時間的字元串字面值
- __DATE__ 存放檔案編譯日期的字元串字面值
```
if (word.size() < threshold)
	cerr << "Error:" << __FILE__
	     << "in function " << __func__
	     << "at line " << __LINE__ << endl
	     << "Compiled on " << __DATE__
	     << "at " << __TIME__ << endl;
           
```

函數指針

函數指針指向的是函數而非對象。函數指針指向某種特定類型。函數的類型由它的傳回類型和形參的類型共同決定，與函數名無關。
```
bool (*pf)（const string &, const string &);
//聲明函數指針，隻需要将原本函數名的地方換成指針
           
```
當我們把函數名當一個值使用時，該函數自動地轉換為指針。此外，我們還能直接使用指向函數的指針調用函數，而無需解引用。
```
pf = lengthCompare;
bool b3 = pf("hello", "goodbye");
           
```
在指向不同函數類型的指針之間，不能互相轉換。不過，我們還是能為函數指針賦 nullptr 。
當我們使用重載函數時，編譯器通過函數指針類型判斷選用哪個函數（如：初始化函數指針時）。

形參可以是指向函數的指針。雖然看起來是函數類型，實際上卻當成指針使用。

//直接寫
void useBigger(const string &s1, const string &s2,
			   bool pf(const string &, 
			           const string &));
//使用類型别名
type bool Func(const string &, const string &);
void useBigger(const string &s1, const string &s2,
			   Func);

和數組類似，雖然不能傳回一個函數，但是能傳回指向函數的指針。最簡單的辦法依舊是使用類型别名：
```
using func = int(int *, int); //func是函數類型
using pfunc = int(*)(int *, int); //pfunc是指針類型
func *f1(int);
pfunc f1(int);
decltype(sumLength) *getFcn(const string &);
//sumaLength是一個函數的名字
           
```
和函數形參不一樣，函數傳回值不會自動轉換為指針,我們需要顯式地将傳回類型定為指針。當然，還可以使用尾置傳回類型的方式。

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