第十七篇 -- 研究下函数
基于C++宝典学习。关于前面的函数组成，定义，声明，调用就不讲了。这里从指针和引用参数部分讲起。
函数已传值的方式传递参数，传递的只是实参的值，而不是实参本身。这样做一方面会有效率的问题，因为对于大的数据类型有一次赋值过程；另一方面在函数中也并不能改变实参的值，因为函数中只是构建了实参的一个副本。用指针和引用作为参数，可以弥补上述不足。
一、指针参数
在函数的参数列表中，可以使用指针类型的参数。传递给指针参数的实参可以是一个指针变量，也可以是一个变量的地址。例如，下面函数的参数就是一个int类型的指针：
void function(int *);
调用函数function时也必须传入一个int型的指针变量。例如：
int *p; //定义一个int型指针变量 ..... //某些操作改变了p的值 function(p); //以p作为实参，调用函数function int iVal = 0; //定义整型变量 function(&iVal); //获取整型变量的地址，并以指针的形式传递给函数
使用指针作为参数可以弥补值传递的不足：
1. 提高了传递参数的效率
2. 函数可以修改实参指针所指变量的值
对于比较大的数据类型，例如定义了很多数据成员的结构体，假设是100个整型数成员。如果将这样的结构体变量作为参数来传递，则在函数内部也要构建同样的一个结构体变量，并将其成员一次赋值。这样在内存中就会有两份同样的结构体变量，占据了800(200 * 4)个字节的内存。这无论在空间和时间上都是巨大的浪费。类也是如此。其实在C++中，结构体与类的差别很小。
如果用指针传递，则可以消除值传递带来的空间和时间上的浪费。这主要是因为指针的值是一个地址值(在32位系统中是一个4字节的整型数)，参数传递时只需要传递这个地址值即可。
提示：用指针作为参数，遵从的也是值传递的原则。实际传递的值是指针的值，而不是指针所指变量的值。
例如，对于SomeStruct这样一个大的结构体，用指针作为参数可以写为：
void function(SomeStruct *p);
而用SomeStruct变量作为参数调用function函数时可以写为：
SomeStruct a; //定义一个SomeStruct变量 ...... //定义变量a的操作 SomeStruct *p = &a; //定义一个SomeStruct类型的指针，并指向上述变量(获取a的地址值) function(p); //用SomeStruct类型的指针作为实参，调用function函数
这样在调用函数时，函数就可以只构造一个指针变量的副本，而不用构造整个结构体的副本，大大节省了内存，而且省去了给每个数据成员赋值的时间，也大大提高了时间效率。用指针作为参数还有一个好处，就是函数可以修改指针实参所指变量的值。这是因为通过指针参数传递的是变量的地址，在函数内可以通过这个地址获取变量，从而也就可以修改变量的地址。例如：
void function(int *p) //定义函数function { *p = 123; //获取指针形参所指变量，并给该变量赋值 } ...... int a = 0; //定义整型变量a，并初始化为0 function(&a); //将变量a的地址传递给function函数 cout << a; //输出变量a的值
上述程序将输出123，而不是0。这就是因为在函数内部将变量a的值修改了。而如果参数int类型的，则达不到这种效果。下面的例子定义一个函数，交换两个变量的值。由于使用普通类型的参数不能修改实参的值，所以可以用指针作为参数。
void swap(int *a, int *b) { int temp = *a; //用一个临时变量保存a指针所指变量的值 *a = *b; //将b指针所指变量的值赋给a指针所指的变量 *b = temp; //将临时变量的值赋给b指针所指的变量 } int main(int argc, char *argv[]) { cout << "——指针参数——" << endl; //输出提示信息 cout << "请输入两个整型数：" << endl; int a = 0, b = 0; //保存用户输入的变量 cin >> a; //输入 cin >> b; swap(&a, &b); //调用交换函数 cout << "交换后：" << a << "\t" << endl; //输出交换后的值 system("PAUSE"); //等待用户反应 return EXIT_SUCCESS; }
在swap函数的定义中，用指针作为参数，避免了使用普通类型的参数，从而达到了交换变量值的目的。其实看到这里，或许会产生疑问，之前学过引用，那个也可以改变变量的值，和指针好像啊，对不对，然后回头去看了下引用，引用其实是一个变量实体的别名。指针可以重新赋值指向新的对象，引用在初始化之后就不可以改变指向对象了。然后呢，通过冒泡排序，使用这两种方法，以示区别。compare引用，swap指针
#include "pch.h" #include <iostream> using namespace std; #define len 10 //define array length equal 10 //function prototype void Method_one(); void Method_two(); void compare(int &a, int &b); void swap(int *a, int *b); int break_node = 0;//when break_node is true, jump the loop int main() { //Bubble sort //Method_one(); Method_two(); } void Method_one() { //define an array which length is 10 int array_sort[len]; //input array value cout << "Please input " << len << " number: " << endl; for (int i = 0; i < len; i++) cin >> array_sort[i]; //start sort for (int m = len; m > 0; m--) { for (int j = 0; j < m - 1; j++) { compare(array_sort[j], array_sort[j + 1]); } if (break_node) { break_node = 0; } else {//while no change data in inner loop, jump out the external loop break; } } //output sorted array(high-->low) cout << "Sorted array: " << endl; for (int k = 0; k < len; k++) { cout << array_sort[k] << " "; } cout << endl; } void Method_two() { int length = 0; cout << "Please input the length of array : " << endl; cin >> length; cout << "Please input " << length << " values" << endl; int *pArr = new int[length]; //input array value for (int i = 0; i < length; i++) cin >> pArr[i]; //start sort for (int m = length; m > 0; m--) { for (int j = 0; j < m - 1; j++) { compare(pArr[j], pArr[j + 1]); } if (break_node) { break_node = 0; } else {//while no change data in inner loop, jump out the external loop break; } } //output sorted array(high-->low) cout << "Sorted array: " << endl; for (int k = 0; k < length; k++) { cout << pArr[k] << " "; } cout << endl; delete pArr; } void compare(int &a, int &b) { if (a >= b); else { //int temp; //temp = a; //a = b; //b = temp; //break_node++; swap(&a, &b); break_node++; } } //change two variable position void swap(int *a, int *b) { int temp = *a; *a = *b; *b = temp; }
二、数组参数
用数组作为函数的参数，即函数的形参是数组。例如：
void function(int a[10]);
上述的函数声明表示function函数接受一个整型数组作为参数。但是，用数组作为函数参数时，数组的长度是没有意义的，也就是说上述的声明同以下的声明是等效的：
void function(int a[]);
void function(int a[100]); //数组长度没有意义，所以a[10]同a[100]是等效的
所以在定义函数时，不能依赖于数组参数中数组的长度。实际上，编译器会自动将数组参数作为指针进行解释，这个指针指向一块儿连续的内存。而这样的一个指针中不会保存长度信息，所以函数声明时，数组参数的长度是没有意义的。为了弥补这个缺点，可以在参数列表中在附加一个参数，用以传递数组的长度，例如：
void function(int a[], int n);
其中第二个参数n就是数组的长度。
说明：定义函数时数组参数作为指针使用，而这个指针就指向数组实参的首地址，也就是数组中第一个元素的地址。
正因为在定义函数时，数组参数被当做指针，所以数组参数也可以用指针参数表示：
void function(int *p);
这个声明同function(int a[])的声明是等价的。一般来讲，如果用数组作为函数的参数，则函数调用时应当将一个数组作为实参。因为数组参数在函数定义时被当做指针，所以也可以将指针作为实参。至于这个指针到底 指向什么样的内存，则是由调用者确定的。用数组作为实参，则传递给函数的是数组名，调用过程如下：
int a[] = {1, 2, 3}; //定义数组
function(a); //以数组名作为实参，调用函数function
或者也可以先取得数组的首地址，作为指针传递给函数：
int a[] = {1, 2, 3}; //定义数组
int *p = a; //获取数组首地址，也可以写成int p = &a[0];
function(p); //以指向数组首地址的指针作为实参，调用函数function
因为数组参数在定义函数时被当做指针使用，传递的值是数组的首地址。所以在函数内如果修改了数组参数中某个元素的值，也就修改了对应的数组实参中元素的值。C++程序中常用的排序函数就利用了数组参数的这个特性，它在函数中对数组参数进行排序，函数运行完后，数组中的元素就是排序后的结果。
三、函数中的变量
1. 多个源文件共享全局变量
全局变量的作用域虽然是整个程序，但在使用时仍然有特殊的要求。假设有两个源文件file1.cpp和file2.cpp，其中file1.cpp中定义了一些全局变量，如果file2.cpp中的函数要使用这些全局变量，则必须在使用前声明。声明的方法是：
extern 类型 全局变量名；
其中extern关键字表明这个全局变量是在别的文件中定义的，需要在本文件中使用。例如，假设在file1.cpp中定义了如下的全局变量：
/////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////file1.cpp 源文件1 int gVal1 = 0; double gVal2 = 0.0;
则在file2.cpp中要使用上述两个变量时，必须做如下的声明：
//////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////file2.cpp extern int gVal1 = 0; extern double gVal2 = 0.0;
当心：在全局变量前加上extern关键字只是用来声明一个全局变量，而不是定义全局变量。如果只有extern声明，没有定义，则全局变量仍然不存在。编译器会报告“某某全局变量没有定义”的错误。
2. 静态变量
静态变量分两种，一种是函数内的静态变量，一种是全局的静态变量，其特点是变量定义时带有static关键字。例如：
static int gVar; //在函数外，定义全局的静态变量 void function() { static int iVar; //在函数内，定义函数内的静态变量 ... }
函数内的静态变量也称为局部静态变量，其作用域只限于函数内部，别的函数不能访问。局部静态变量的生命周期同全局变量一样，在整个程序运行期间都有效。例如：
void function() { static int iVal = 0; cout <<iVal++ << ','; } ... for(int i = 0; i < 3; i++) { function(); }
上述程序运行时将输出“0,1,2”，而不是“0,0,0”。这是因为iVal是一个局部静态变量，其生命周期在程序运行期间一直有效，所以函数function每一次运行结束后，并没有销毁iVal。而且，函数function每一次访问到的iVal的值都是上一次函数运行的结果。例如，function第一次运行后，iVal的值是1，第二次运行访问iVal的值就是1，同样第三次访问到的值就是2。
基于这个特性，可以利用局部静态变量保存每一次函数运行时的状态，以供函数再次被调用时使用。虽然全局变量也可以做到这一点，但是任何函数都可以访问，不利于控制。而局部静态变量只有本函数能够访问，可以有效的限制其作用域。例如，某些严格的安全系统对用户试图登录的次数有限制，可以用静态变量记录这个次数，超过限定次数后则阻止用户继续尝试，用全局变量则给了其他函数修改变量的机会，不符合安全性的要求。
#include "pch.h" #include <iostream> using namespace std; void login(); int main() { for (int i = 0; i < 4; i++) { login(); //调用登录函数 } return 0; } void login() { static int sLogNum = 0; //记录登录次数的静态变量 sLogNum++; //递增登录次数 if (sLogNum > 3) { cout << "登录次数已超过3次，不允许登录！" << endl; //输出禁止信息 } else { cout << "登录成功" << endl; } }
3. 全局静态变量
同一般全局变量类似，全局静态变量也是在函数外部定义的变量，只是定义之前带有static关键字。例如：
static int gVar;
跟一般全局变量不同的是：全局静态变量的作用域仅限于定义这个变量的源文件，而不是整个程序。例如，假设程序中有file1.cpp和file2.cpp两个源文件，其中file1.cpp中定义了全局静态变量gVar，则在file2.cpp中试图访问gVar时，会遇到一个编译错误：“变量gVar未定义”，这就是因为gVar是定义在file1.cpp中的全局静态变量，只能在file1.cpp中访问。
