【C++学习】基础知识：函数

C++函数

【C++学习】以w3cschool的教程为框架，记录总结C++Primer第五版的学习内容。

定义函数

return_type function_name( parameter list )
{
    body of the function
}

• 自动对象（automatic object）：只存在于块执行期间的对象，形参是自动对象。

• 局部静态对象（local static object）：在第一次执行经过对象定义前进行了初始化，函数结束时不会被销毁，在程序终止时被销毁，通过将局部变量定义为 static 来获得此类对象。

函数声明

• 函数声明会告诉编译器函数名称及如何调用函数，函数的实际主体可以单独定义；

  return_type function_name( parameter list );
  

  • 函数只能定义一次，但可以声明多次；
  • 建议在头文件中声明，在源文件中定义，含有函数声明的的头文件应该被包含到定义函数的源文件中；

参数传递

• **传值参数：**将实参的值拷贝给形参；

  • 指针形参：执行指针拷贝 *** 作时，拷贝的是指针的值，拷贝后两个指针是不同的指针；
  • 建议使用引用类型的形参代替指针，这样就不需要return。

• 传引用参数：将形参绑定到对应的实参上；

  • 使用引用避免拷贝，如果函数无需改变引用形参的值，建议将其声明为常量引用。
  • 使用引用形参返回额外信息，引用参数为函数返回多个结果提供了有效途径。

• const形参和实参：

  • 尽量使用常量引用；

  • 当用实参初始化形参时会忽略掉顶层const，即当形参有顶层const时，传给形参常量对象或非常量对象都可以；

  • 可以使用非常量初始化一个底层const对象，反之则不行。

• 数组形参：

  • 不允许拷贝数组，所以无法以值传递的方式使用数组形参；
  • 使用数组时通常会被转换成指针，所以当向函数传递一个数组时，实际上传递的是指向数组第一个元素的指针。

返回类型和return语句

• 返回值用于在调用点上初始化一个临时变量，该临时变量是函数调用的结果；

• 不要返回局部对象的引用或指针；

• 调用一个返回引用的函数得到的是左值，其他返回类型得到右值；

• 主函数 main 的返回值

  • 如果函数的返回类型不是 void，那么它必须返回一个值，（例外：main 函数允许没有 return 语句直接结束）；

  • 如果控制到达 main 函数的结尾处而没有 return 语句，编译器隐式插入 return 0;

  • main 函数不能调用它自己。

• 因为数组不能被拷贝，所以函数不能返回数组，但可以返回数组的指针或引用；

• 使用尾置返回类型：这种方式对于具有复杂返回类型的函数最有用，比如指向数组的指针或引用；

  auto func(int i) -> int(*)[10];//该函数返回一个指针，指向含有十个整数的数组
  

• 使用 decltype： decltype 不会自动将数组转换为其相应的指针类型，其返回类型是数组，必须添加 * 以表明 arrPtr 返回一个指针。

函数重载

• 重载（overloaded）：在同一作用域内，函数有相同的名字，但有不同的形参列表，main 函数不能重载。

• 重载和 const 形参

  • 顶层 const 不影响传入函数的对象，一个有顶层 const 的形参无法与没有顶层 const 的形参区分；

  • 如果形参是某种类型的指针或引用，则可以通过底层const 区分是否重载；

  • const 不能转换为非const，但非const 能转换为 const。

特殊用途语言特性

• 可以为一个或多个形参定义默认值，但如果一个形参具有默认实参，则其后的所有形参也必须具有默认实参。

• 内联函数：inline 函数避免函数调用的开销，通常旨在优化规模较小、流程直接、调用频繁的函数；

• constexpr函数：可用于常量表达式的函数，return 类型和每个形参的类型必须是字面值类型，且函数主体必须有且只有一条 return 语句；

• inline 函数和 constexpr 函数通常定义在头文件中。

，

函数匹配

• 确定候选函数和可行函数，如果有可行函数，找到最佳匹配；

• 实参类型转换：为了确定最佳匹配，编译器对每个实参类型到其对应形参类型的转换进行排名；

  1. 精确匹配，包括：
     实参类型和形参类型相同。
     实参从数组类型或函数类型转换成对应的指针类型。
     向实参添加顶层 const 或从实参中删除顶层 const。

  2. 通过 const 转换实现的匹配。

  3. 通过类型提升实现的匹配。

     • 小整型总是提升到 int 类型或更大的整数类型；

     void ff(int);
     void ff(short);
     ff('a');   // char promotes to int; calls f(int) 
     

  4. 通过算术类型转换或指针转换实现的匹配。

     • 所有算数类型转换的级别都一样。

  5. 通过类类型转换实现的匹配。

函数指针

• 函数指针指向的是函数而不是对象：

  // pf 指向一个函数，该函数的参数是两个const类型的引用，返回值是bool类型
  //该函数的类型是 bool(const string&, const string&)。声明指向函数的指针，用指针替换函数名：
  bool (*pf)(const string &, const string &);  // 未初始化
  

• 使用函数指针

  • 当使用函数名作为一个值时，函数自动转换为指针：

    cpf = lengthCompare;  // pf指向名为lengthCompare的函数
    pf = &lengthCompare; // 等价的赋值语句，取地址符是可选的
    

  • 可以直接使用指向函数的指针调用该函数，无需解引用指针：

  bool b1 = pf("hello", "goodbye");    // 调用lengthCompare 函数
  bool b2 = (*pf)("hello", "goodbye"); // 等价调用
  bool b3 = lengthCompare("hello", "goodbye"); // 等价调用
  

  • 在指向不同函数类型的指针之间不存在转换；

  • 指向重载函数的指针

    void ff(int*); 
    void ff(unsigned int); 
    void (*pf1)(unsigned int) = ff;  // pf1 指向 ff(unsigned)
    

    编译器使用指针类型确定使用的是哪个重载函数。指针类型必须与重载函数中的某一个精确匹配：

    void (*pf2)(int) = ff;    // error: 没有任何一个ff与该形参列表匹配
    double (*pf3)(int*) = ff; // error: 返回类型不匹配
    

  • 函数指针形参：不能定义函数类型形参，但形参可以是指向函数的指针，当传入函数作为实参时，它将自动转换为指针。

    • decltype 返回函数类型，不会自动转换成指针。要想返回指针，必须加上 *。

  • 返回指向函数的指针：

    • 不能返回函数类型，但可以返回指向函数类型的指针；

    • 与函数类型的形参不同，返回类型不会自动转换为指针，必须显式地将返回类型指定为指针类型；

    • 也可以使用尾置返回的方式简化返回指向函数的指针。

      auto f1(int) -> int (*)(int*, int);