函数

1. 函数的定义与使用

​ 在设计程序时，如果一段代码重复进行某种操作或者完成一个特定的功能，就应该将这些代码封装组织成函数，以实现代码复用。

• 定义：函数类型 函数名(形式参数列表)
  {
  函数体中的语句组；
  }
  以上，函数由函数类型、函数名、函数参数组成，这部分称为函数头。函数名遵守标识符命名规则。
  大括号称为函数体，里面写函数执行的具体代码。
  函数定义时只能在全局范围定义，不能在局部定义，不能在函数内部再定义函数。
• 函数类型与返回值：
  函数可以有返回值，也可以没有。
  函数类型就是指函数的返回值类型，可以是C++支持的任意类型。
  函数返回值是由return语句给出的。
  当函数不需要返回值的时候，返回值类型要用void空类型指定
• 函数参数：
  形参（形式参数）：定义函数时括号中的参数
  实参（实际参数）：调用函数时括号中的参数
• 函数调用：函数名(实参);

函数声明：
声明一个函数，就是写出函数的原型（函数头部），但没有写出函数体（实现部分）。主要用于告诉编译器，它的实现放在其他地方。
如果函数没有声明，调用的时候就要按照顺序书写，就要在前面定义好函数，后面才能调用函数。否则就会找不到函数报错。

2. 函数参数传递

函数实参可以是常量、变量、表达式。在函数调用时，系统为形参分配内存空间并且将实参的值传到形参的空间中。
根据函数的给你需要，可以选择三种不同的传参方式：值传递、指针传递、引用传递
1）值传递：实参的值传递给形参

2）指针传递：指针作为函数的参数

3）引用传递：引用传递本质上也是传递的地址

//值传递：用来交换主调函数中俩个变量的值。
void swap(int x,int y)
{cout << "&x=" << &x << " &y=" << &y << endl;int temp = x;x = y;y = temp;
}void test02()
{int n1 = 10, n2 = 20;cout << "&n1=" << &n1 << " &n2=" << &n2 << endl;swap(n1,n2);//交换n1，n2的值cout << "调用swap函数之后:" << endl;cout << n1 << " " << n2;//交换失败，原因：值传递只是把n1，n2实参的值传递给形参x和y，函数内部交换的是x、y，不会对n1、n2进行操作
}

//用指针传递，交换主调函数中俩个变量的值。
void swap_p(int* x,int* y)
{cout << "x=" << x << " y=" << y << endl;int temp = *x;*x = *y;*y = temp;
}void test03()
{int n1 = 10, n2 = 20;cout << "&n1=" << &n1 << " &n2=" << &n2 << endl;swap_p(&n1, &n2);//交换n1，n2的值cout << "调用swap_p函数之后:" << endl;cout << n1 << " " << n2;//交换成功，因为指针传递的是地址，函数内部操作的是n1和n2的地址。
}//用引用传递，交换主调函数中俩个变量的值。
void swap_r(int& x, int& y)
{cout << "&x=" << &x << " &y=" << &y << endl;int temp = x;x = y;y = temp;
}void test04()
{int n1 = 10, n2 = 20;cout << "&n1=" << &n1 << " &n2=" << &n2 << endl;swap_r(n1, n2);//交换n1，n2的值cout << "调用swap_r函数之后:" << endl;cout << n1 << " " << n2;//交换成功
}

引用传递与值传递用法上的区别：

• 引用传递：调用函数时，实参只能是变量。主要用在复杂数据类型（自定义类型）传递时，可以节省空间和时间。
• 值传递：调用函数时，实参可以使变量、常量或者表达式。

//俩个函数，分别是值传递和引用传递，计算圆的面积
double area1(double radius)
{double a = 3.14 * radius * radius;return a;
}
double area2(double& radius)
{double a = 3.14 * radius * radius;return a;
}void test05()
{double r = 10;//变量cout << "值传递:(变量)" << area1(r) << endl;cout<<"值传递:(常量)"<< area1(100) << endl;cout<<"值传递:(表达式)" << area1(r*2) << endl;cout << "引用传递:(变量)" << area2(r) << endl;//以下不支持//cout << "引用传递:(常量)" << area2(100) << endl;//cout << "引用传递:(表达式)" << area2(r * 2) << endl;
}

数组作为函数参数：
数组名实际上是数组的首元素地址，所以数组作为函数参数传递其实传递的是首元素地址，无法将整个数组传递。
同样如果想返回一个数组，也是返回一个指针。

//编写一个函数，将整型数组中的元素按照相反的顺序来存放，即翻转数组
void my_reverse(int* p,int n)//第一个元素传递的是数组的首地址，第二个参数传递的是数组的元素个数；仅凭数组的首地址，无法获取元素个数
{//用俩个指针实现交换，分别指向第一个元素和最后一个元素，然后一个指针往后走，一个指针往前走，直到他俩相遇。int* i, * j, temp;for (i = p, j = p + n - 1;i < j;i++, j--){temp = *i;*i = *j;*j = temp;}
}void test06()
{int a[10] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };int n = sizeof(a)/sizeof(int);my_reverse(a, n);for (size_t i = 0; i < n; i++){cout << a[i] << " ";}
}

3. 变量的声明周期

每个标识符都有确定的作用域，决定他们在什么范围内能被访问。
整个作用域又决定了他们的生命周期。

栈内存中的局部变量在进入它的作用域时在内存中创建，在离开它的作用域后，被编译器自动回收释放。
堆内存中的变量需要程序员自己管理，它的生命周期由程序员决定。

• 局部变量和全局变量：
  函数内定义的变量是局部变量，他只在函数范围内有效。
  在函数外定义的变量是全局变量，它在整个文件内有效。
  全局变量在当前文件的任何函数中都可以访问。
  如果我们在不同的作用域下定义了多个同名变量的话，访问规则是优先访问作用域最小的那个（离你最近的那个）
  如果要在某个作用域下访问同名的全局变量，那么可以在变量前面加域运算符::

变量的存储方式：
1）静态存储
静态存储是指在程序运行期间，给变量分配的内存一直有效。
定义：static 数据类型 变量名;
2）动态存储
是指在程序运行期间，根据需要动态管理变量的内存空间。如局部变量，当执行到该函数时，就为局部变量分配空间，
当离开函数时，局部变量就被释放。下次在执行到该函数时，再重新分配。这些是通过编译器在栈内存自动完成的。
堆内存也属于动态存储，但是变量的生命周期由程序员自己决定。

4. 函数的其他特性

内联函数==(inline==)：
就是将函数嵌入到可执行程序中，而不需要去调用的函数。
有一些函数需要频繁调用而且函数内部的代码规模很小，逻辑简单。为了减少函数调用的开销（包括寻找函数地址，传参…），
可以将这种函数设置为内联函数，相当于将他嵌入到函数的调用处。
注意：只有简单的函数才能成为内联函数，如果函数复杂，含有循环分支等结构，即使定义为内联函数，编译器也会当做普通函数处理。
定义：
inline 函数类型 函数名(形参列表);

• 函数重载：
  可以定义多个同名，只要参数不同就可以（参数的个数或者类型不同即可）。
  调用时，编译器会根据实际参数来选择匹配的函数去调用。这称为重载。
• 带默认参数值的函数：
  函数定义时，可以预先给某些参数指定默认值，如果函数调用时没有给出实际参数，就会采用默认值，如果给出实参就会替换默认值。
  注意：默认值必须从右往左依次给出。如果某个参数有默认值，那么它右边的所有参数都必须有默认值。
  错误示范：int max(int a,int b=10,int c);

5. 函数的嵌套与递归

函数的嵌套指的是函数调用函数，是函数的嵌套。函数定义是不能嵌套。

递归：递归就是函数调用自身，一个函数可以通过直接或者间接的方式来调用自己实现递归。
写递归函数的关键点：
1）明确函数的功能
明确函数接收什么参数，返回什么结果，完成什么逻辑。例如阶乘，功能就是接收1个整数n，计算并返回n的阶乘。
2）确定递归的终止条件
递归函数必须有终止条件，否则会陷入无线递归，最终会导致栈内存被沾满，叫做栈溢出。
终止条件是递归函数停止调用自身的条件，通常对应着最简单的情况。
3）找出递归关系
递归关系是如何将一个大问题分解为多个小问题的过程。在阶乘例子中，n的阶乘是个大问题，分解为小问题，就是n的阶乘=n*(n-1)的阶乘
4）要确保递归调用的参数能逐渐逼近终止条件
每次递归调用时，传递给递归函数的参数要向终止条件逼近，阶乘例子中，每次调用时，n都-1，保证了最终达到终止条件
5）处理递归的返回值
在递归函数中，要将每次调用的返回值用于当前问题的求解。

//用递归的方式求n的阶层
long power(int n)
{if(n==1 || n==0){return 1;}return n * power(n - 1);
}void test13()
{cout << "请输入一个整数，小于10" << endl;int n;cin >> n;cout << "它的阶乘=" << power(n) << endl;
}