C++ Function

2017-03-11

函数定义：

一个典型的函数定义包括以下部分：返回类型(return type)、函数名、由形参(parameter)组成的列表、函数体(function body)。

函数声明：

和其他名字一样，函数的名字也必须在使用之前声明。类似于变量，函数只能定义一次，但可以声明多次。如果一个函数永远不会被用到，允许只有声明，没有定义。
函数的声明和函数的定义很类似，唯一的区别是函数声明无需函数体。由于不包含函数体，形参的名字也可以不用。

参数传递：

传引用和传值：

形参的类型决定了形参和实参交互的方式。如果形参是引用类型，它将被绑定到对应的实参上面，否则，将实参的值拷贝后赋值给形参。

1、使用引用传递避免拷贝，如果无须改变形参的值，最好声明为常量引用
2、使用引用形参返回额外信息

const形参和实参

顶层const作用于对象本身，和其他初始化过程一样，当用实参初始化形参时会忽略掉顶层const。所以：

1	void fcn(const int i)

调用时，因为顶层const被忽略，所以可以传入常量和非常量，同时，因为忽略顶层const的问题：

1 2	void fcn(const int i) {} void fcn(int i) {}

虽然C++支持函数重载，但是由于忽略了顶层const的关系，这样属于重复定义了该函数。

数组形参

1、普通数组形参

因为数组不允许被拷贝以及使用数组时通常会将其转化为指针。因此当我们向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。

//虽然形式不同，但是这三个print函数是等价的，每个函数都有一个const int*类型的形参
void print(const int*);
void print(const int[]);
void print(const int[10]); //此处的10表示我们期望数组含有多少元素，实际不一定

如果这样定义三个函数，编译器会报错，因为重复定义了。

2、数组引用形参

C++允许将变量定义成数组的引用，基于此，形参也可以是数组的引用。此时，引用形参绑定到对应的实参上，用法如下:

1 2	void print(int (&arr)[10]); //&arr两端的括号必不可少，表示arr是具有10个整数的整型数组的引用 void print(int &arr[10]); //错误：将arr声明成了引用的数组

3、传递多维数组

和其他数组一样，当将多维数组传递给函数时，真正传递的是指向数组首元素的指针。又因为并不存在多维数组，多维数组只是数组的数组，所以多维数组的首元素本身就是一个数组，指针就是一个指向数组的指针。数组第二维的大小都是数组类型的一部分，所以不能忽略：

1 2	void print(int (matrix)[10], int rowSize) {} //(matrix)两端的括号必不可少 void print(int matrix[][10], int rowSize) {} //与上面的定义等价

默认实参

1	double get_area(int a = 10, int b = 10);

如上面的代码中，每个形参都提供了一个默认实参，一旦某个形参被赋予了默认值，它后面的所有形参都必须有默认值。
因为get_area函数为它的所有形参都提供了默认实参，所以我们可以用0、1、2个实参来调用该函数：

1
2
3

area = get_area();
area = get_area(1); //等价于get_area(1, 10)
area = get_area(11, 11); //等价于get_area(11, 11)；

函数调用时实参按其位置解析，默认实参负责填补函数调用缺少的尾部实参(靠右侧位置)，所以只能省略尾部的实参。

函数的返回值

1、没有返回值的函数

没有返回值的函数只能存在于返回类型是void的函数中。返回void的函数不要求非得有return语句，因为在这类函数的最后一句后面会隐式地执行return。

2、有返回值的函数

返回类型不是void的函数内的每一条return语句必须返回一个与分会类型相同类型的，或者是能隐式地转换成函数的返回类型的值。

3、值的返回的方式

返回一个值的方式和初始化一个变量或形参的方式完全一样：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。
注意：不要返回局部对象的引用或者指针

4、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。可以像使用其他左值那样来使用返回引用的函数的调用，特别是，我们能为返回类型是非常量引用的函数的结果赋值。

5、返回数组指针

同样，因为数组不能被拷贝，所以函数不能返回数组。不过，函数可以返回数组的指针或引用，但是由于返回数组的指针或引用的写法太过复杂，推荐使用尾置返回类型。（之后另开博客介绍）

函数重载

1、重载函数的定义

如果同一作用域内的几个函数名字相同但形参列表不同，我们称之为函数重载(overload)。
这些函数接受的形参类型不一样，但是执行的操作类似。当调用这些函数时，编译器会根据传递的实参类型推断想要的是哪个函数。
对于重载的函数，它们应该在形参数量或形参类型上有所不同。
1、不允许两个函数出了返回类型外其他所有的要素都相同，若如此，则第二个函数的声明是错误的。
2、虽然两个形参列表看起来不一样，但其实是一样的，如下：

1 2	int lookup(const int& a); int lookup(const int&); //虽然一个形参有名字，一个没有，但其实一样

1
2
3

typedef Phone Telno
int lookup(const Phone&);
int lookup(const Telno&);  //Telno和Phone类型相同

1 2	int lookup(int); int lookup(const int);

拥有顶层const的形参无法和另一个没有顶层const的形参区分开来

1 2	int lookup(int&); int lookup(const int&);

底层const可以被区分

2、重载函数的调用

编译器首先将调用的实参与重载集合中每一个函数的形参进行比较，然后根据比较结果决定调用哪个函数，这个过程叫做函数匹配(function matching)或重载确定(overload resolution)，下面会着重介绍。
调用重载函数的三种结果：
1、编译器找到一个与实参最佳匹配(best match)的函数，并生成调用该函数的代码。
2、找不到任何一个函数与调用的实参匹配，此时编译器发出无匹配(no match)的错误信息。
3、有多于一个函数可以匹配，但是每一个都不是明显的最佳选择。此时也将发生错误，称为二义性调用(ambiguous call)。

内联函数

将函数指定为内联函数(inline)，通常就是将它在每个调用点上“内联地”展开。

incline const string &
shorterString(const string &s1, const string &s2) {
	return s1.size() <= s2.size() ? s1: s2;
}

该内联函数在调用的时候：

1	cout << shorterString(s1, s2) << endl;

将在编译过程中展开成类似于下面的形式：

1	cout << s1.size() <= s2.size() ? s1: s2 << endl;

一般来说，内联机制用于优化规模较小、流程直接、频繁调用的函数。

函数匹配

1、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)。候选函数有两个特征：一是与被调用的函数同名，二是其声明在调用点可见。
2、考察本次调用提供的实参，然后从候选函数中选出能被这组实参调用的函数，这些新选出的函数称为可行函数(viable function)。可行函数也有两个特征：一是其形参数量与本次调用提供的实参数量相等，二是每个实参的类型与对应的形参类型相同，或者能转换成形参的类型。
3、寻找最佳匹配（如果存在的话），从可行函数中选择与本次调用最匹配的函数。原则是实参类型与形参类型越接近，匹配的越好。含有多个形参的函数匹配情况比较复杂，如果出现：

该函数每个实参的匹配都不劣于其他可行函数需要的匹配。
至少有一个实参的匹配优于其他可行函数提供的匹配。

如果在检查了所有实参之后没有一个函数“脱颖而出”，则该调用是二义性调用。

实参类型转换优先级
1、精确匹配，包括以下情况：

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相应的指针类型

向实参添加顶层const或者从实参中删除顶层const

2、通过const转换实现的匹配
3、通过类型提升实现的匹配
4、通过算术类型转换或指针转换实现的匹配
5、通过类类型转换实现的匹配

函数指针

函数指针声明和定义

函数指针指向的是函数而非对象。和其他指针一样，函数指针指向某种特定类型。函数的类型由它的返回类型和形参类型共同决定，与函数名无关。

1	bool lengthCompare(const string &, const string &);

该函数的类型是bool(const string &, const string &)。要想声明一个可以指向该函数的指针，只需要用指针替换函数名即可：

1	bool (pf)(const string &, const string &); //pf必须要加括号，否则表示名为pf，返回值为bool*的函数

函数指针的使用

当我们将函数名作为一个值使用时，该函数自动地转换成指针。

1 2	pf = 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

此外，我们还能直接使用指向函数的指针调用该函数，无须提前解引用指针。
在指向不同函数类型的指针间不存在转换规则，必须精确匹配

函数指针形参

和数组类似，虽然不能定义函数类型的形参，但是形参可以是指向函数的指针。此时，形参看起来是函数类型，实际上确实当成指针使用：

void useBigger(const string &s1, const string &s2,
			   bool pf(const string &, const string &)); //第三个参数会自动转换成指向函数的指针
void useBigger(const string &s1, const string &s2,
			   bool (*pf)(const string &， const string &));//等价声明