c++：-1

上节介绍C++基础：c++：-0，本节介绍C++中函数使用。

函数

函数调用

调用函数需要先声明函数原型
嵌套调用：

参数传递

• 在函数被调用时才分配形参的存储单元
• 实参可以是常量、变量或表达式
• 实参类型必须与形参相符
• 值传递是传递参数值，即单向传递
• 引用传递可以实现双向传递
• 常引用作参数可以保障实参数据的安全

传引用比传对象计算消耗小

可变参数

C++中提供了两种方法：

• 如果所有的实参类型相同，可以传递一个名为initializer_list的标准库类型；
• 如果实参的类型不同，我们可以编写可变参数的模板。

initializer_list

initializer_list是一种标准库类型，用于表示某种特定类型的值的数组，该类型定义在同名的头文件中

使用：

• 使用模板时，我们需要在模板名字后面跟一对尖括号，括号内给出类型参数。例如：
  initializer_list ls; // initializer_list的元素类型是string
  initializer_list li; // initializer_list的元素类型是int
• initializer_list比较特殊的一点是，其对象中的元素永远是常量值，我们无法改变initializer_list对象中元素的值。
• 含有initializer_list形参的函数也可以同时拥有其他形参

应用：

• 在编写代码输出程序产生的错误信息时，最好统一用一个函数实现该功能，使得对所有错误的处理能够整齐划一。然而错误信息的种类不同，调用错误信息输出函数时传递的参数也会各不相同。
• 使用initializer_list编写一个错误信息输出函数，使其可以作用于可变数量的形参。

内联函数

作用：编译时在调用处用函数体进行替换，节省了参数传递、控制转移等开销。

声明时使用关键字: inline
注意：

• 内联函数体内不能有循环语句和switch语句；
• 内联函数的定义必须出现在内联函数第一次被调用之前；
• 对内联函数不能进行异常接口声明。

常量表达式

C++-11中新增，用于初始化常量表达式。
（1）constexpr函数语法规定

• constexpr修饰的函数在其所有参数都是constexpr时，一定返回constexpr；
• 函数体中必须有且仅有一条return语句。

（2）constexpr函数举例

constexpr int get_size() { return 20; }
constexpr int foo = get_size();  //正确：foo是一个常量表达式

函数默认参数值

（1）默认参数值的说明次序

• 有默认参数的形参必须列在形参列表的最右，即默认参数值的右面不能有无默认值的参数；
• 调用时实参与形参的结合次序是从左向右。
  例：
  int add(int x, int y = 5, int z = 6);//正确
  int add(int x = 1, int y = 5, int z);//错误
  int add(int x = 1, int y, int z = 6);//错误

（2）默认参数值与函数的调用位置

• 如果一个函数有原型声明，且原型声明在定义之前，则默认参数值应在函数原型声明中给出；如果只有函数的定义，或函数定义在前，则默认参数值可以函数定义中给出。
  例：

重载函数

函数名相同，参数类型和返回类型不同；参数个数不同

系统函数

C++的系统库中提供了几百个函数可供程序员使用，例如：

• 求平方根函数（sqrt）
• 求绝对值函数（abs）
• 正弦值、余弦值和正切值的函数：sin()、cos()、tan()
  使用系统函数时要包含相应的头文件，例如：cmath

举例

计算n次方

计算x的n次方

#include <iostream>

using namespace std;
//计算x的n次方
double power(double x, int n) {
    double val = 1.0;
    while (n--) val *= x;
    return val;
}
int main() {
    cout << "5 to the power 2 is "
         << power(5, 2) << endl;
    return 0;
}

进制转换(8-10)

输入一个8位二进制数，将其转换为十进制数输出。

#include <iostream>
using namespace std;

double power (double x, int n); //计算x的n次方

int main() {
    int  value = 0;
    cout << "Enter an 8 bit binary number  ";
    //cin：只有在输入完数据再按回车键后，该行数据才被送入键盘缓冲区，形成输入流，提取运算符“>>”才能从中提取数据。需要注意保证从流中读取数据能正常进行。
    for (int i = 7; i >= 0; i--) {
        char ch;
        cin >> ch;
        if (ch == '1')
            value += static_cast<int>(power(2, i));//tatic_cast()强制类型转换
    }
    cout << "Decimal value is  " << value << endl;
    return 0;
}
double power (double x, int n) {
    double val = 1.0;
    while (n--)
        val *= x;
    return val;
}

计算π

π的计算公式如下:

#include <iostream>
using namespace std;
//求arctan
double arctan(double x) {
    double sqr = x * x;
    double e = x;
    double r = 0;
    int i = 1;
    while (e / i > 1e-15) {
        double f = e / i;
        r = (i % 4 == 1) ? r + f : r - f;
        e = e * sqr;
        i += 2;
    }
    return r;
}

int main() {
    double a = 16.0 * arctan(1/5.0);
    double b = 4.0 * arctan(1/239.0);
    //注意：因为整数相除结果取整，如果参数写1/5，1/239，结果就都是0
    cout << "PI = " << a - b << endl;
    return 0;
}

寻找回文数

寻找并输出11~999之间的数M，它满足\(M、M^2和M^3\)均为回文数。
回文：各位数字左右对称的整数。
例如：11满足上述条件：112=121，113=1331。

分析：
用除以10取余的方法，从最低位开始，依次取出该数的各位数字。按反序重新构成新的数，比较与原数是否相等，若相等，则原数为回文。

#include <iostream>

using namespace std;
//判断n是否为回文数
bool symm(unsigned n) {
    unsigned i = n;
    unsigned m = 0;
    while (i > 0) {
        m = m * 10 + i % 10;
        i /= 10;
    }
    return m == n;
}

int main() {
    for(unsigned m = 11; m < 1000; m++)
        if (symm(m) && symm(m * m) && symm(m * m * m)) {
            cout << "m = " << m;
            cout << "  m * m = " << m * m;
            cout << "  m * m * m = "
                 << m * m * m << endl;
        }
    return 0;
}

分段函数

计算分段函数，并输出结果

分析：
计算\(sin(x)\)的公式，精度为\(10^{-10}\)：

#include "iostream"
#include "cmath"

using namespace std;

const double T=1e-10; //定义计算精度10^{-10}

//计算sin(x)
double tsin(double x)
{
    double g=0;
    double t=x;
    int n=1;
    do{
        g+=t;
        n++;
        t=-t*x*x/(2*n-1)/(2*n-2);
    }while(fabs(t)>=T);//fabs：绝对值
    return g;
}

int main()
{
    double k,r,s;
    cout << "r=";
    cin >>r;
    cout << "s=";
    cin >>s;
    if(r*r<=s*s)
    {
        k= sqrt(tsin(r)*tsin(r)+tsin(s)*tsin(s));
    }else
        k=tsin(r*s)/2;
    cout <<k <<endl;
    return 0;
}

掷骰子

每个骰子有六面，点数分别为1、2、3、4、5、6。游戏者在程序开始时输入一个无符号整数，作为产生随机数的种子。每轮投两次骰子，第一轮如果和数为7或11则为胜，游戏结束；和数为2、3或12则为负，游戏结束；和数为其它值则将此值作为自己的点数，继续第二轮、第三轮...直到某轮的和数等于点数则取胜，若在此前出现和数为7则为负。

分析：
（1）rand函数
函数原型：int rand(void)；
所需头文件：
功能和返回值：求出并返回一个伪随机数

（2）srand函数
void srand(unsigned int seed);
参数：seed产生随机数的种子
所需头文件：
功能：为使rand()产生一序列伪随机整数而设置起始点。使用1作为seed参数，可以重新初化rand()。

#include "iostream"
#include "cmath"

using namespace std;
enum GameStatus{Win,Lose,Playing};//枚举存储状态

//掷骰子，计算和数，输出和数
int rollDice()
{
    int die1=1+rand()%6;
    int die2=1+rand()%6;
    int sum=die1+die2;
    cout << die1<<"+"<<die2<<"="<<sum<<endl;
    return sum;
}


int main()
{
    int sum,myPoint;
    GameStatus status;
    unsigned seed;
    int rollDice();
    cout <<"请输入种子:";
    cin >> seed;
    srand(seed);//将种子传给rand()
    sum=rollDice();//第一轮掷骰子
    switch (sum) {
        case 7:
        case 11:
            status=Win;
            break;
        case 2:
        case 3:
        case 12:
            status=Lose;
            break;
        default:
            status=Playing;
            myPoint=sum;
            cout << "点数为"<<myPoint<<endl;
            break;
    }
    //第二轮以后
    while (status==Playing)
    {
        sum=rollDice();
        if(sum==myPoint) //某轮和数等于点数取胜
        {
            status=Win;
        }else if(sum ==7)//出现和数为7则负
        {
            status=Lose;
        }
    }
    //输出
    if(status==Win)
    {
        cout << "Win"<<endl;
    } else
        cout << "Lose" <<endl;
    return 0;
}

疑问：为什么die1和die2是一样的？
种子一样！

    srand(2);
    int die1=1+rand()%6;
    srand(1);
    int die2=1+rand()%6;
    cout<<die1<<","<<die2<<endl;

求组合数

#include <iostream>

using namespace std;
int commit(int n,int k)
{
    if(k>n)
        return 0;
    else if(n==k || k==0)
        return 1;
    else
        return commit(n-1,k)+ commit(n-1,k-1);
}

int main() {
    int n,k;
    cout << "请输入n和k：";
    cin >> n>>k;
    cout <<"C("<<n<<","<<k<<")="<< commit(n,k)<<endl;
    return 0;
}

汉诺塔问题

有三根针A、B、C。A针上有N个盘子，大的在下，小的在上，要求把这N个盘子从A针移到C针，在移动过程中可以借助B针，每次只允许移动一个盘，且在移动过程中在三根针上都保持大盘在下，小盘在上。

分析：
将n 个盘子从A针移到C针可以分解为三个步骤：

• 将A 上n-1个盘子移到 B针上（借助C针）；
• 把A针上剩下的一个盘子移到C针上；
• 将n-1个盘子从B针移到C针上（借助A针）。

#include <iostream>
using namespace std;

//将src针的最上面一个盘子移动到dest针上
void move(char src, char dest) {
    cout << src << " --> " << dest << endl;
}

//将n个盘子从src针移动到dest针，以medium针作为中转
void hanoi(int n, char src, char medium, char dest)
{
    if (n == 1)
        move(src, dest);
    else {
        //将A 上n-1个盘子移到 B针上（借助C针）；
        hanoi(n - 1, src, dest, medium);
        //把A针上剩下的一个盘子移到C针上；
        move(src, dest);
        //将n-1个盘子从B针移到C针上（借助A针）
        hanoi(n - 1, medium, src, dest);
    }
}
int main() {
    int m;
    cout << "Enter the number of diskes: ";
    cin >> m;
    cout << "the steps to moving " << m << " diskes:" << endl;
    hanoi(m,'A','B','C');
    return 0;
}

值交换

输入两个整数并交换
分析：
参数传递有两种：值传递和引用传递
引用就是别名，定义int &a=i;

值传递，并没有交换

#include<iostream>
using namespace std;
void swap(int a, int b) {
    int t = a;
    a = b;
    b = t;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    cout<<"x = "<<x<<"  y = "<<y<<endl;
    swap(x, y);
    cout<<"x = "<<x<<"  y = "<<y<<endl;
    return 0;
}

运行结果：
x = 5      y = 10
x = 5      y = 10

引用传递：

#include<iostream>
using namespace std;

//a和b分别是x和y的引用
void swap(int& a, int& b) {
    int t = a;
    a = b;
    b = t;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    cout<<"x = "<<x<<"  y = "<<y<<endl;
    swap(x, y);
    cout<<"x = "<<x<<"  y = "<<y<< endl;
    return 0;
}
x = 5  y = 10
x = 10  y = 5

内联函数

#include <iostream>
using namespace std;

const double PI = 3.14159265358979;
inline double calArea(double radius) {
    return PI * radius * radius;
}

int main() {
    double r = 3.0;
    double area = calArea(r);
    cout << area << endl;
    return 0;
}

计算长方体的体积

有三个形参：length（长）、width（宽）、height（高），其中width和height带有默认值2和3。

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int getVolume(int length, int width = 2, int height = 3);//声明在前，定义默认参数值
int main() {
    const int X = 10, Y = 12, Z = 15;
    cout << "Some box data is " ;
    cout << getVolume(X, Y, Z) << endl;
    cout << "Some box data is " ;
    cout << getVolume(X, Y) << endl;
    cout << "Some box data is " ;
    cout << getVolume(X) << endl;
    return 0;
}
//定义中不定义默认参数值
int getVolume(int length, int width, int height) {
    cout << setw(5) << length << setw(5) << width << setw(5)
         << height << '\t';//setw用于设置字段的宽度
    return length * width * height;
}

重载函数

编写两个名为sumOfSquare的重载函数，分别求两整数的平方和及两实数的平方和。

#include <iostream>
using namespace std;
//类型不同
int sumOfSquare(int a, int b) {
    return a * a + b * b;
}
double sumOfSquare(double a, double b) {
    return a * a + b * b;
}
int main() {
    int m, n;
    cout << "Enter two integer: ";
    cin >> m >> n;
    cout<<"Their sum of square: "<<sumOfSquare(m, n)<<endl;
    double x, y;
    cout << "Enter two real number: ";
    cin >> x >> y;
    cout<<"Their sum of square: "<<sumOfSquare(x, y)<<endl;
    return 0;
}

求正弦值、余弦值和正切值

从键盘输入一个角度值，求出该角度的正弦值、余弦值和正切值。

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
const double PI = 3.14159265358979;

int main() {
    double angle;
    cout << "Please enter an angle: ";
    cin >> angle;  //输入角度值
    double radian = angle * PI / 180; //转为弧度
    cout << "sin(" << angle << ") = " << sin(radian) <<endl;
    cout << "cos(" << angle << ") = " << cos(radian) <<endl;
    cout << "tan(" << angle << ") = " << tan(radian) <<endl;
    return 0;
}

习题

（1）已知函数FA调用FB,若要把这两个函数定义在同一个文件中,则

• FA必须定义在FB之前
• FB必须定义在FA之前
• 若FA定义在FB之后,则FA的原型必须出现在FB的定义之前
• 若FB定义在FA之后,则FB的原型必须出现在FA的定义之前（对）

函数原型，就是函数的声明

（2）在（）时为形参分配存储空间。

• 函数声明
• 函数定义
• 函数调用（对）

（3）可以定义指向引用的指针.
错。因为引用不是对象,引用并没有在程序中占据内存空间,故没有地址的说法.

（4）类内实现好的成员函数是内联函数，在类体外实现的函数不能是内联函数
错。因为内联函数主要的作用是在某些情况(某个函数被调用多次)下可以提高程序的运行效率。定义内联函数,可以显式用inline声明,也可以直接在类内定义好实现. 扩展阅读

（5）已知程序中有以下声明：

• int nonconst_var = 100;
• const int const_var1 = 2;
• const int const_var2 = nonconst_var;
  则下述代码中正确的是：
• constexpr int constexpr_var1 = 3 + const_var1 * 4; （对）
• constexpr int constexpr_var2 = 3 + nonconst_var * 4;
• constexpr int constexpr_var3 = 3 + const_var2 * 4;

分析：
constexpr的变量的值必须是编译器在编译的时候就可以确定的。上例中因为nonconst_var的值在语法上来讲，运行期间可能被更改，所以编译期间无法确定，不属于常数表达式。因为const_var2是由非常数表达式来初始化的，所以const_var2也不是常数表达式。但const_var2本身的声明，定义及初始化是合法的。constexpr比const更严格，用来初始化constexpr_var2和constexpr_var3的也都不是常数表达式，所以他们的定义都是错误的。

（6）例3-15中的getVolume函数,如果直接调用int a=getVolume();后,会有什么样的结果?

• 编译运行正确,a的值为0
• 编译运行正确,a的值为6
• 编译报错（对）
• 运行出错
  分析：
  函数有一个形参没有默认值,所以至少要提供一个实参。注意，默认不是0

（7）判断两个浮点数是否相等

abs(a-b)<1e-10  //abs求绝对值