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函数在C++中可能出现在三种地方,一是函数的定义,它包括了如上图的结构;二是函数的声明,它与函数的定义相比,没有了函数体部分;三则是函数的调用。当然,不同的函数定义可以还会稍有不同,比如类的成员函数、内联函数等。这里我们主要讨论函数的调用时需要注意的一些问题。
我们将函数定义或声明里的参数叫形参,而在调用函数时传入的参数叫实参。那么根据形参类型的不同,有几下形式的参数传递。
1)普通的内置类型
普通非引用类型的参数通过复制对应的实参实现形参的初始化。当用实参的副本初始化形参时,函数并没有访问调用所传递的实参的本身,因此函数不可能改实参的值。比如下面的交换两个数的程序:
void swap(int v1, int v2) { int temp = v1; v2 = v1; v1 = temp; } swap(a, b);// 调用swap
上面程序中,实参为a与b,但是在调用时,v1与v2接受的是a与b的副本,所以实际上a与b的值没有变化。
2)指针形参
函数的形参可以是指针,此时将复制实参指针,其实这类跟1)原理类似,函数内并无法改变实参的指针值。只是函数可以通过复制到的地址改变实参指针所指向的值。
void swap(int* v1, int* v2) { int temp = *v2; *v2 = *v1; *v1 = temp; } int main() { int a = 10,b = 20; int *p1 = &a,*p2 = &b; swap(p1,p2); return 0; }
上面程序中定义的swap的形参为指针类型,main中调用swap,实际上swap并不能改变p1与p2的值,只是改变了它们所指向的值。
3)const 形参
对于普通的非引用类型用const修饰实际上是没有意义的,因为本来函数就不会改变实参的值。像下面的定义,实际中编译器会忽略const的定义,而将其视为int型。
void fcn(const int i);
1)在上面的程序中我们看到,如果想交换两个变量的值,通过调用普通的非引用类型形参的函数,并不能实现。用它们的指针可以,同时我们也可以用引用。
void swap(int& v1, int& v2) { int temp = v2; v2 = v1; v1 = temp; } int main() { int a = 10,b = 20; swap(a,b); return 0; }
在实际调用swap时,v1与v2实际相当于a与b的另一个名字。
2)在有的时候我们需要向函数传递大型对象,需要使用引用形参,如果直接使用复制实参的形式可以,但是它的效率太低了,甚至有些对象是无法复制的。但是使用引用形参时,我们不希望函数改变了实参传入的值,我们就可以使用const来限定形参。下面程序用来判断哪个字符串更长,明显我们不希望函数会改变字符串的内容,我们就可以用const引用型的形参。
bool isLonger(const string &s1, const string &s2) { return s1.size() > s2.size(); }
所以,如果使用引用形参的惟一的目的是避免复制实参时,则应将形参定义为const引用。
3)在使用引用形参函数时,有两点值得注意:
不要用const限定的实参或字面值来调用非const引用形参函数。因为这样函数内,可以改变实参的值,这不合法。
非const引用形参只能与完全同类型的非const对象关联。
4)传递指向指针的引用
如下有下面的程序:
void swap(int* &v1, int* &v2) { int* temp = v2; v2 = v1; v1 = temp; } int main() { int a = 10,b = 20; int* p1 = &a, *p2 = &b; swap(p1,p2); return 0; }
上面的程序依然不能改变a与b的值,但是它改变了p1与p2的值,现在p1指向了b,而p2指向了a。
1)vector和其他类型的形参:一般在这种类型作为形参时,为了避免复制应该考虑形参声明为引用类型。C++程序员倾向于传递容器中需要处理的元素的迭代器来传递容器。
2)数组形参:由于数组不能复制,所以不能直接编写数组类型的形参函数,一般通过传递指向数组的元素的指针来处理数组。值得注意的是在通过引用传递数组时,在调用函数时形参与实参的类型要匹配。
void printValues(int (&ar)[10]); int main() { int i = 0, j[2] = { 0, 1 }; int k[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; printValues(i); //error int不能初始化 int(&)[10] printValues(j); //error int[2] 不能初始化 int(&)[10] printValues(k); // ok return 0; }
1)没有返回值
很多函数并没有返回值,尤其是现在C++风格,习惯于把需要的结果作为引用形参。这类型函数一般没有return语句,有时候有return是使函数中途中断执行。
2)返回非引用类型
这种情况在函数调用处,程序会用一个临时变量复制函数的返回值。
3)返回引用
当函数返回引用类型时,并没有复制返回值。相反,返回的是对象本身。
在返回引用这种情况下,注意不要返回局部变量的引用,因为局部变量在函数体内定义,当函数执行完后就销毁了,所谓的引用也就没有意义了。同理,不要返回指向局部变量的指针。
出现在相同作用域中的两个函数,如果具有相同的名字而形参不同,则称为重载函数。
1)注意区分函数重载与重复声明
有些看起来不同的形参,本质是相同的。下面代码中的都是重复声明的例子
typedef double newDouble; int func(double i); int func(newDouble i); // 没有新类型 int func1(int, int = 1); //只是提供默认参数 int func1(int ,int); int func2(int); int func2(const int); //对于普通非引用形参用cosnt修饰是没有意义的
2)重载与作用域
局部声明的函数,将屏蔽所有全局作用的同名函数。下面例子显示,即使全局作用的函数更加匹配调用的实参类型,但是仍然调用的是局部的函数。
void print(int); int main() { void print(double); print(42); return 0; }
上面程序中,将调用void print(double)函数,虽然42是int型。
3)重载确定的三个步骤
如果定义了众多的函数重载,将存在函数调用到底与哪个重载函数相匹配的问题。我们通过下面的示例代码来说明问题:
void f(); // 1 void f(int);// 2 void f(double);// 3 void f(int, int);// 4 void f(double, double);// 5
第一步:确定候选函数
假如我们调用f(4.2),那么先找到同名函数,并且在作用域内可见,上面例子中5个函数都满足。
第二步:选择可行的函数
必须满足2个条件:一是函数形参与该调用实参个数相同;第二,每个实参的类型必须与对应的类型匹配,或者可以被隐式转换为对应的形参类型。这里我们再调用f(4.2)时,排除了1、4、5号函数,只剩下2与3。其中2号函数可以通过类型转换来满足。
第三步:寻找最佳匹配
在经过第二步确定后,剩下2与3函数,那么2需要进行类型转换,显然3是最佳匹配了。
但是如果这样调用f(42,4.2)。这时候就会出现二义性,编译器将提示。
还有一种要注意的就是有默认参数的函数,比如我们定义6号函数为void f(double,int =1);那么在调用f(4.2)时就会有二义性。
可基于函数的引用形参是指向const对象还是指向非const对象实现函数重载。
bool isLonger(const string &s1, const string &s2) { return s1.size() > s2.size(); }
1,如何定义一个指针为函数类型?我们知道一个函数的类型是由它的返回类型和形参类型共同决定,而与函数名无关。所以在定义一个指向函数的指针,必须包含形参表与返回值这些信息。
下面来看一个比较两个字符串长度的函数:
bool lengthCompare(const string&, const string&);
那么这个函数的类型即bool(const string&, const string&) 。如果要想定义一具指向这种类型函数的指针,则可以如下定义:
bool (*pf) (const string&, const string&);
注意上式中*pf外面的括号不可以省略,不然pf就成了一个函数的定义,这个函数返回一个指向bool类型的指针。
2,当我们把函数名作为一个值使用时,该函数自动地转换成指针,所以我们可以这样对函数指针pf初始化。
pf = lengthCompare;
pf = &lengthCompare;
上面两种方法是等价的。
那么在使用函数指针时,我们可以解引用,也可以不解引用。
bool b1 = pf("hello","goodbye"); bool b2 = (*pf)("hello","goodbye");
3,在给函数指针赋值的时候,一定要注意函数类型的完全匹配,但是我们可以给指向任意函数类型的指针赋一个nullptr或值为0的整型常量表达式,表示该指针没有指向任何一个函数。
4,如果定义了指向重载函数的指针,在使用这个指针时并不是根据形参来确定所调用的函数,而是根据指针的具体函数类型。即,编译器根据指针类型决定选用哪个函数,指针类型必须与重载函数中的某一个精确匹配。
void ff(int*); void ff(int); void ff(unsigned int); void (*pf)(unsigned int) = ff; // pf指向ffunsigned int) int num = 42; pf(num); // num将转换为unsigned类型
5,函数指针作为另一个函数的形参。
有的时候,我们需要将一个函数作为一个参数传递给别一个参数,比如定义一个函数用来返回两个对象中较大的那个,那么我们需要将一个比较函数作为参数传递。
const string& BigString(const string& s1, const string& s2, bool pf(const string& ,const string&)); const string& BigString(const string& s1, const string& s2, bool (*pf)(const string& ,const string&));
上面定义的函数原型显得有点冗长,我们可以定义函数类型,来简化上面的代码:
// 定义函数类型 typedef bool Func(const string&, const string&); typedef decltype(lengthCompare) Func; // 定义指针类型 typedef bool (*Func)(const string&, const string&); typedef decltype(lengthCompare)* Func;
有了上面的定义,我们就可以简单BigString的定义了:
const string& BigString(const string& ,const string, Func);
6,函数返回值为一个函数指针。
我们知道,函数并不能返回一个函数,但是可以返回一个指向函数的指针。
最简单的方法,我们用类型别名定义一种函数类型:
using F = int(int*,int); // F是一个返回int,接受一个指向int类型的指针和一个int类型,F是一种函数类型 using PF = int(*) (int*, int); // PF是一个函数指针类型
下面我们来定义返回函数指针的函数:
PF f(int); // f是一个函数,它返回一个函数指针 F f(int); // 错误:F是一个函数类型 F* f(int); // OK
当然我们也可以直接定义f:
int (*f(int)) (int*,int);
由内向外观察:首先f有一个形参表(int),所以f是一个函数,然后f的的左边有一个*,说明f返回的是一个指针。进一步发现,指针的类型本身也包含形参表,因此指针指向函数,该函数的返回类型是int。
我们还可以用C++11中的尾置返回类型来声明一个返回函数指针的函数:
auto f(int) -> int (*)(int*, int);
如果我们需要返回的函数类型有一个函数实例,那么我们可以用decltype来说明函数的类型:
int func(int*,int); decltype(func)* f(int);
注意上面代码中decltype(func)返回的是一个函数类型,我们需要在后面加上*,说明一个函数指针类型。
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