1.4 函数初识——入门

from http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/14-a-first-look-at-functions/

一个函数是有许多语句的顺序组合用来完成一项特殊的功能。你已经知道每个程序都需要一个入口函数，main()。但是，大多数程序中含有更多的函数，它们的工作方式与main类似。

通常你的程序需要中断正在执行的语句暂时去处理一些其他的事情。在现实生活中，你经常这么做。举个例子，当你记起你需要打个电话的时候，你也许正在读一本书。你放好书签，打电话，当你打完电话后，再继续读你的书。

C++程序的工作方式类似这么一个过程。当一个程序遇到一个函数调用的时候，会顺序的执行函数中的语句。函数调用就是告诉CPU终端当前的函数，执行其他的函数。CPU在当前执行点放置一个“书签”，然后执行调用函数中的语句。当这个调用函数执行完成后，CPU又返回到原来放置书签的地方，恢复执行。

这里有个新函数声明和调用的例子：

//#include <stdafx.h> // Visual Studio users need to uncomment this line
#include <iostream>

// Declaration of function DoPrint()
void DoPrint()
{
    using namespace std;  // we need this in each function that uses cout and endl
    cout << "In DoPrint()" << endl;
}

// Declaration of main()
int main()
{
    using namespace std;  // we need this in each function that uses cout and endl
    cout << "Starting main()" << endl;
    DoPrint(); // This is a function call to DoPrint()
    cout << "Ending main()" << endl;
    return 0;
}

 

这个程序会产生下列输出：

Starting main()

In DoPrint()

Ending main()

 

这个程序从main()函数的顶端开始执行，第一行执行打印出 Starting main()。第二行是调用DoPrint函数。在这个点，main函数中的执行语句中断，CPU掉到DoPrint()函数。DoPrint函数的第一行被执行输出 In DoPrint()。当DoPrint函数执行完后，main函数恢复执行。因此，main函数中的下个语句被执行输出 Ending main()。

函数能够被多次调用：

//#include <stdafx.h> // Visual Studio users need to uncomment this line
#include <iostream>

// Declaration of function DoPrint()
void DoPrint()
{
    using namespace std;
    cout << "In DoPrint()" << endl;
}

// Declaration of main()
int main()
{
    using namespace std;
    cout << "Starting main()" << endl;
    DoPrint(); // This is a function call to DoPrint()
    DoPrint(); // This is a function call to DoPrint()
    DoPrint(); // This is a function call to DoPrint()
    cout << "Ending main()" << endl;
    return 0;
}

 

函数产生如下的结果：

Starting main()
In DoPrint()
In DoPrint()
In DoPrint()
Ending main()

在这个例子中函数main中断了三次。

main函数并不是惟一一个能够购调用其他函数的函数。在下面的例子中，DoPrint()函数调用了第二个函数，DoPrint2()。

//#include <stdafx.h> // Visual Studio users need to uncomment this line
#include <iostream>

void DoPrint2()
{
    using namespace std;
    cout << "In DoPrint2()" << endl;
}

// Declaration of function DoPrint()
void DoPrint()
{
    using namespace std;
    cout << "Starting DoPrint()" << endl;
    DoPrint2(); // This is a function call to DoPrint2()
    DoPrint2(); // This is a function call to DoPrint2()
    cout << "Ending DoPrint()" << endl;
}

// Declaration of main()
int main()
{
    using namespace std;
    cout << "Starting main()" << endl;
    DoPrint(); // This is a function call to DoPrint()
    cout << "Ending main()" << endl;
    return 0;
}

 

产生的输出如下：

Starting main()
Starting DoPrint()
In DoPrint2()
In DoPrint2()
Ending DoPrint()
Ending main()

 

返回值

如果你还记得，但main函数执行完成后，它使用return语句返回一个值给操作系统。你写的函数也能够返回一个数值给调用者。我们通过在函数声明中改变函数的返回类型来实现。返回类型为void意味着函数没用返回一个值。返回类型为int意味着函数返回整型给调用者。

// void means the function does not return a value to the caller
void ReturnNothing()
{
    // This function does not return a value
}

// int means the function returns an integer value to the caller
int Return5()
{
    return 5;
}

 

让我们在程序里使用这些函数：

cout << Return5(); // prints 5
cout << Return5() + 2; // prints 7
cout << ReturnNothing(); // This will not compile

 

在第一个语句中，Return5被执行，函数返回5给调用者，然后再输出这个值。

在第二个语句中，Return5被执行，函数返回5给调用者。表达式5 + 2产生7。7在传到cout。

在第三个语句中，ReturnNothing()返回void。将void传给cout是不合理的，当你编译这行的时候，编译器将会产生一条错误。

一个通常被问到的问题是，“我的函数能否通过return语句返回多个值呢？”这个回答是，不能。函数通过return语句只能返回一个值。但是，存在解决这个问题的方法，我们会在深入了解函数的章节中讨论。

 

返回到main函数

现在，你已经了解了main函数如何执行的基本概念。当一个程序执行的时候，操作系统产生一个main函数的调用。执行转到main函数的顶部。main函数中的语句被顺序执行。最后，main函数返回一个整型值给操作系统。这是main函数声明为int main()的原因。

一些编译器对于void main()的声明不会给出错误信息。技术上来讲，这是不合理的。当编译器看到void main()函数时，它被解释为：

int main()
{
    // your code here
    return 0;
}

你应该将main函数声明为int型，当你返回一个值时应该是0（当出现错误的时候，返回其他的整数）。

 

参数

在返回值的部分，你了解到函数能够返回一个值给调用者。参数是允许调用者将信息传递给函数。这允许写成的函数能够完成一般化的任务，不必担心使用的特殊的值，将确切的变量的值交给调用给予。

通过例子能够更好的理解。这里有个简单的例子，两个参数相加，返回和：

//#include <stdafx.h> // Visual Studio users need to uncomment this line
#include <iostream>

// add takes two integers as parameters, and returns the result of their sum
// add does not care what the exact values of x and y are
int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

int main()
{
    using namespace std;
    // It is the caller of add() that decides the exact values of x and y
    cout << add(4, 5) << endl; // x=4 and y=5 are the parameters
    return 0;
}

当add函数被调用的时候，x被赋值为4，y被赋值为5.函数执行x+y，结果为9，将这个值返回给调用者。然后将9传到cout，输出到屏幕。

输出：

9

 

看一下函数的其他调用：

//#include <stdafx.h> // Visual Studio users need to uncomment this line
#include <iostream>

int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

int multiply(int z, int w)
{
    return z * w;
}

int main()
{
    using namespace std;
    cout << add(4, 5) << endl; // evalutes 4 + 5
    cout << add(3, 6) << endl; // evalues 3 + 6
    cout << add(1, 8) << endl; // evalues 1 + 8

    int a = 3;
    int b = 5;
    cout << add(a, b) << endl; // evaluates 3 + 5

    cout << add(1, multiply(2, 3)) << endl; // evalues 1 + (2 * 3)
    cout << add(1, add(2, 3)) << endl; // evalues 1 + (2 + 3)
    return 0;
}

 

输出：

9
9
9
8
7
6

 

前三个调用是直接的。

地四处调用也是相对简单的：

int a = 3;
int b = 5;
cout << add(a, b) << endl; // evaluates 3 + 5

 

在这个例子中，add调用，x=a，y=b。因为a = 3，b = 5，add(a,b)=add(3,5),它的结果为8.

让我们看一下第一个有点技巧性的语句：

cout << add(1, multiply(2, 3)) << endl; // evalues 1 + (2 * 3)

 

当CPU试着调用函数add时,x = 1, y = multiply(2,3)。y不是一个整数，是一个函数调用。因此在CPU调用add函数之前，先调用multiply()，其中z = 2，w = 3。multiply(2,3)的值为6，讲这个值赋值给y。因此x = 1，y = 6，add(1,6)被调用，产生7。将7传给cout。

或用简单的方式表示（用=>符号表示求值）：

add(1, multiply(2,3))=>add(1,6)=>7

下面语句中add函数的一个参数调用了add函数：

cout << add(1, add(2, 3)) << endl; // evalues 1 + (2 + 3)

 

但是这个语句的执行与上述一致。

简单表示：

add(1,add(2,3))=>add(1,5)=>6

 

有效地使用函数

对于新手遇到的一个艰巨的问题（处理语言上的）是了解什么时候或怎样有效的使用一个函数。通过函数能够是你的程序分解为易管理的、易重复调用的部分，它们能够很容易的组合在一起实现更大的更复杂的功能。把你的程序分解成小的部分，程序整体的复杂性将会减少，这使得程序变得更加容易编写和修改。

 

当你学习C++的时候，你会写很多包含3个基本功能的程序：

  1. 读取用户输入的数据

  2. 从输入的值中计算结果

  3. 打印出计算值

对于简单的程序，用户输入数据的读取一般在main()函数中完成。但是，步骤2是函数重要的部分。函数将用户输入的作为参数，返回计算得到的结果。计算得到的结果能够打印出（直接在main()函数中，或是当计算结果很复杂、有特殊打印需求是，可以通过其他函数打印）。

 

一个好的规则是每个函数完成一项（仅一项）功能。新的程序员常常将第2步和第3步结合到一起。但是，计算数值结果和打印是两种不同的任务，这违背了仅实现一项功能的建议。理想上，一个函数计算结果，并返回，让调用者决定如何处理这个返回值。