函数基础

  • 函数定义：包括返回类型、函数名字和0个或者多个形参（parameter）组成的列表和函数体。
  • 调用运算符：调用运算符的形式是一对圆括号 ()，作用于一个表达式，该表达式是函数或者指向函数的指针。
  • 圆括号内是用逗号隔开的实参（argument）列表。
  • 函数调用过程：
    • 1.主调函数（calling function）的执行被中断。
    • 2.被调函数（called function）开始执行。
  • 形参和实参：形参和实参的个数和类型必须匹配上。
  • 返回类型： void表示函数不返回任何值。函数的返回类型不能是数组类型或者函数类型，但可以是指向数组或者函数的指针。
  • 名字：名字的作用于是程序文本的一部分，名字在其中可见。

局部对象

两个重要的概念：名字的作用域和对象的生命周期。

  • 生命周期：对象的生命周期是程序执行过程中该对象存在的一段时间。
  • 局部变量（local variable）：形参和函数体内部定义的变量统称为局部变量。它对函数而言是局部的，对函数外部而言是隐藏的，还会隐藏在外层作用域中同名的其他所有声明。
  • 自动对象：只存在于块执行期间的对象。当块的执行结束后，它的值就变成未定义的了。
  • 局部静态对象： static类型的局部变量，生命周期贯穿函数调用前后，若没有显式的初始化值，则将执行值初始化（3.3.1节）。

函数声明

  • 函数声明：函数的声明和定义唯一的区别是声明无需函数体，用一个分号替代。函数声明主要用于描述函数的接口，也称函数原型。
  • 在头文件中进行函数声明：建议变量在头文件中声明；在源文件中定义。
  • 分离编译： CC a.cc b.cc直接编译生成可执行文件；CC -c a.cc b.cc编译生成对象代码a.o b.o； CC a.o b.o编译生成可执行文件。

参数传递

  • 形参初始化的机理和变量初始化一样。

  • 引用传递（passed by reference）：又称传引用调用（called by reference），指形参是引用类型，引用形参是它对应的实参的别名。

    表述：将引用形参绑定到实参上。

  • 值传递（passed by value）：又称传值调用（called by value），指实参的值是通过拷贝传递给形参。

传值参数

  • 当初始化一个非引用类型的变量时，初始值被拷贝给变量。
  • 函数对形参做的所有操作都不会影响实参。
  • 指针形参：常用在C中，C++建议使用引用类型的形参代替指针。

传引用参数

  • 通过使用引用形参，允许函数改变一个或多个实参的值。
  • 引用形参直接关联到绑定的对象，而非对象的副本。
  • 使用引用形参可以用于返回额外的信息。
  • 经常用引用形参来避免不必要的复制。
  • void swap(int &v1, int &v2)
  • 如果无需改变引用形参的值，最好将其声明为常量引用。

const形参和实参

  • 形参的顶层const被忽略。void func(const int i);调用时既可以传入const int也可以传入int。
  • 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。
  • 在函数中，不能改变实参的局部副本。
  • 尽量使用常量引用。

数组形参

  • 当我们为函数传递一个数组时，实际上传递的是指向数组首元素的指针。
  • 要注意数组的实际长度，不能越界。
  • 数组引用形参：void print(int (&arr)[10]);。
  • 传递多维数组时，数组第二维（以及后面所有维度）的大小都是数组类型的一部分，不能省略：void print(int (&mat)[10], int rowSize); 或 void print(int mat[][10], int rowSize);。

main处理命令行选项

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

  • 第一个形参代表参数的个数；第二个形参是参数C风格字符串数。

    可选实参从argv[1]开始，argv[0]保存程序的名字。

可变形参

initializer_list提供的操作（C++11）：

操作 解释
initializer_list<T> lst; 默认初始化；T类型元素的空列表
initializer_list<T> lst{a,b,c...}; lst的元素数量和初始值一样多；lst的元素是对应初始值的副本；列表中的元素是const。
lst2(lst) 拷贝或赋值一个initializer_list对象不会拷贝列表中的元素；拷贝后，原始列表和副本共享元素。
lst2 = lst 同上
lst.size() 列表中的元素数量
lst.begin() 返回指向lst中首元素的指针
lst.end() 返回指向lst中微元素下一位置的指针

initializer_list使用demo：

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void err_msg(ErrCode e, initializer_list<string> il){
    cout << e.msg << endl;
    for (auto bed = il.begin(); beg != il.end(); ++ beg)
        cout << *beg << " ";
    cout << endl;
}

err_msg(ErrCode(0), {"functionX", "okay});

  • 所有实参类型相同但数量未知，可以使用 initializer_list的标准库类型。

  • 实参类型不同，可以使用可变参数模板。

  • 省略形参符： ...，便于C++访问某些C代码，这些C代码使用了 varargs的C标准功能。

    省略符形参应当仅用于C和C++通用的类型。
    大多数类型的对象在传递给省略符形参时都无法正确拷贝。

返回类型和return语句

无返回值函数

没有返回值的 return语句只能用在返回类型是 void的函数中，返回 void的函数不要求非得有 return语句。

有返回值函数

  • return语句的返回值的类型必须和函数的返回类型相同，或者能够隐式地转换成函数的返回类型。

  • 值的返回：返回的值用于初始化调用点的一个临时量，该临时量就是函数调用的结果。

  • 不要返回局部对象的引用或指针。

  • 引用返回左值：函数的返回类型决定函数调用是否是左值。调用一个返回引用的函数得到左值；其他返回类型得到右值。

  • 列表初始化返回值：函数可以返回花括号包围的值的列表。（C++11）

    如果列表为空，临时值执行值初始化；否则返回值由返回类型决定。

  • 主函数main的返回值：如果结尾没有return，编译器将隐式地插入一条返回0的return语句。返回0代表执行成功。

返回数组指针

  • Type (*function (parameter_list))[dimension]
  • 使用类型别名： typedef int arrT[10]; 或者 using arrT = int[10;]，然后 arrT* func() {...}
  • 使用 decltype： decltype(odd) *arrPtr(int i) {...}
  • 尾置返回类型： 在形参列表后面以一个->开始：auto func(int i) -> int(*)[10]（C++11）

函数重载

  • 重载：如果同一作用域内几个函数名字相同但形参列表不同，我们称之为重载（overload）函数。

  • main函数不能重载。

  • 重载和const形参：

    • 一个有顶层const的形参和没有它的函数无法区分。 Record lookup(Phone* const)和 Record lookup(Phone*)无法区分。
    • 相反，是否有某个底层const形参可以区分。 Record lookup(Account*)和 Record lookup(const Account*)可以区分。

  • 重载和作用域：若在内层作用域中声明名字，它将隐藏外层作用域中声明的同名实体，在不同的作用域中无法重载函数名。

    C++中，名字查找发生在类型检查之前。

特殊用途语言特性

默认实参

  • string screen(sz ht = 24, sz wid = 80, char backgrnd = ' ');
  • 一旦某个形参被赋予了默认值，那么它之后的形参都必须要有默认值。

内联（inline）函数

  • 普通函数的缺点：调用函数比求解等价表达式要慢得多。

  • inline函数可以避免函数调用的开销，可以让编译器在编译时内联地展开该函数。

    内联说明只是向编译器提出一个请求，编译器可以忽略这个请求。

  • inline函数应该在头文件中定义。

constexpr函数

  • 指能用于常量表达式的函数。

    常量表达式是值不会改变且在编译过程中就能知道其值的表达式。
    constexpr函数不一定返回常量表达式。

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    constexpr size_t scale(size_t cnt) {return new_sz() * cnt;}
    // 当scale的实参是常量表达式时，scale(arg)才是常量表达式。

  • constexpr int new_sz() {return 42;}

  • 函数的返回类型及所有形参类型都要是字面值类型。

  • constexpr函数应该在头文件中定义。

调试帮助

  • assert预处理宏（preprocessor macro）：assert(expr);

开关调试状态：

CC -D NDEBUG main.c可以定义这个变量NDEBUG。

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void print(){
    #ifndef NDEBUG
        cerr << __func__ << "..." << endl;
    #endif
}

函数匹配

  • 重载函数匹配的三个步骤：1.候选函数；2.可行函数；3.寻找最佳匹配。
  • 候选函数：选定本次调用对应的重载函数集，集合中的函数称为候选函数（candidate function）。
  • 可行函数：考察本次调用提供的实参，选出可以被这组实参调用的函数，新选出的函数称为可行函数（viable function）。
  • 寻找最佳匹配：基本思想：实参类型和形参类型越接近，它们匹配地越好。
  • 调用重载函数时应尽量避免强制类型转换。如果在实际应用中确实需要强制类型转换，则说明我们设计的行参集合不合理。

函数指针

  • 函数指针：是指向函数的指针。

    函数类型由返回类型何形参类型共同决定，与函数名无关。
    指向不同函数类型的指针间不能转换。

  • bool (*pf)(const string &, const string &); 注：两端的括号不可少。

  • 函数指针形参：

    • 形参中使用函数定义或者函数指针定义效果一样。

    • 使用类型别名或者decltype。

      注意：decltype返回函数类型时不会将函数类型自动转换成指针类型。

  • 返回指向函数的指针：

    • 类型别名

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      using F = int(int*, int);  // F是函数类型
      using PF = int(*)(int *)(int);  // PF是指针类型
      F *f1(int);
      PF f1(int);

    • 直接声明或尾置返回类型：

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      int (*f1(int))(int*, int);  // 直接声明式
      auto f1(int) -> int(*)(int*, int)  // 等效尾置返回类型