Обычный способ сделать что-либо в C++ программе - это вызвать функцию, которая это делает. Определение функции является способом задать то, как должно делаться некоторое действие. Функция не может быть вызвана, пока она не описана.
Описания Функций
Описание функции задает имя функции, тип возвращаемого функцией значения (если таковое есть) и число и типы параметров, которые должны быть в вызове функции.
Например:
extern double sqrt(double);
extern elem* next_elem();
extern char* strcpy(char* to, const char* from);
extern void exit(int);
Семантика передачи параметров идентична семантике инициализации. Проверяются типы параметров, и когда нужно производится неявное преобразование типа. Например, если были заданы предыдущие определения, то
double sr2 = sqrt(2);
будет правильно обращаться к функции sqrt() со значением с плавающей точкой 2.0. Значение такой проверки типа и преобразования типа огромно.
Описание функции может содержать имена параметров. Это может помочь читателю, но компилятор эти имена просто игнорирует.
Каждая функция, вызываемая в программе, должна быть где-то определена (только один раз). Определение функции - это описание функции, в котором приводится тело функции.
Например:
extern void swap(int*, int*); // описание
void swap(int*, int*) // определение
{
int t = *p;
*p =*q;
*q = t;
}
Чтобы избежать расходов на вызов функции, функцию можно описать как inline , а чтобы обеспечить более быстрый доступ к параметрам, их можно описать как register . Оба средства могут использоваться неправильно, и их следует избегать везде где есть какие-либо сомнения в их полезности.
Когда вызывается функция, дополнительно выделяется память под ее формальные параметры, и каждый формальный параметр инициализируется соответствующим ему фактическим параметром. Семантика передачи параметров идентична семантике инициализации. В частности, тип фактического параметра сопоставляется с типом формального параметра, и выполняются все стандартные и определенные пользователем преобразования типов. Есть особые правила для передачи векторов , средство передавать параметр без проверки и средство для задания параметров по умолчанию .
Рассмотрим
void f(int val, int& ref)
{
val++;
ref++;
}
Когда вызывается f(), val++ увеличивает локальную копию первого фактического параметра, тогда как ref++ увеличивает второй фактический параметр.
Например:
int i = 1;
int j = 1;
f(i,j);
увеличивает j, но не i. Первый параметр, i, передается по значению, второй параметр, j, передается по ссылке. Как уже отмечалось в этом разделе, использование функций, которые изменяют переданные по ссылке параметры, могут сделать программу трудно читаемой, и их следует избегать . Однако передача большого объекта по ссылке может быть гораздо эффективнее, чем передача его по значению. В этом случае параметр можно описать как const, чтобы указать, что ссылка применяется по соображениям эффективности, а также чтобы не позволить вызываемой функции изменять значение объекта:
void f(const large& arg)
{
// значение "arg" не может быть изменено
}
Аналогично, описание параметра указателя как const сообщает читателю, что значение объекта, указываемого указателем, функцией не изменяется.
Например:
extern int strlen(const char*); // из
extern char* strcpy(char* to, const char* from);
extern int strcmp(const char*, const char*);
Важность такой практики растет с размером программы.
Заметьте, что семантика передачи параметров отлична от семантики присваивания. Это важно для const параметров, ссылочных параметров и параметров некоторых типов, определяемых пользователем.
Возврат Значения
Из функции, которая не описана как void, можно (и должно) возвращать значение. Возвращаемое значение задается оператором return.
Например:
int fac(int n) {return (n>1) ? n*fac(n-1) : 1; }
В функции может быть больше одного оператора return:
int fac(int n)
{
if (n > 1)
return n*fac(n-1);
else
return 1;
}
Как и семантика передачи параметров, семантика возврата функцией значения идентична семантике инициализации. Возвращаемое значение рассматривается как инициализатор переменной возвращаемого типа. Тип возвращаемого выражения проверяется на согласованность с возвращаемым типом и выполняются все стандартные и определенные пользователем преобразования типов.
Например:
double f()
{
// ...
return 1; // неявно преобразуется к double(1)
}
Каждый раз, когда вызывается функция, создается новая копия ее параметров и автоматических переменных. После возврата из функции память используется заново, поэтому возвращать указатель на локальную переменную неразумно. Содержание указываемого места изменится непредсказуемо:
int* f() {
int local = 1;
// ...
return &local; // так не делайте
}
Эта ошибка менее обычна, чем эквивалентная ошибка при использовании ссылок:
int& f() {
int local = 1;
// ...
return local; // такнеделайте
}
К счастью, о таких возвращаемых значениях предупреждает компилятор.
Вот другой пример:
int& f() { return 1;} // так не делайте
Векторные Параметры
Если в качестве параметра функции используется вектор, то передается указатель на его первый элемент.
Например:
int strlen(const char*);
void f()
{
char v[] = "a vector"
strlen(v);
strlen("Nicholas");
};
Иначе говоря, при передаче как параметр типа T[] преобразуется к T*. Следовательно, присваивание элементу векторного параметра изменяет значение элемента вектора, который является параметром. Другими словами, вектор отличается от всех остальных типов тем, что вектор не передается (и не может передаваться) по значению.
Размер вектора недоступен вызываемой функции. Это может быть неудобно, но эту сложность можно обойти несколькими способами. Строки оканчиваются нулем, поэтому их размер можно легко вычислить. Для других векторов можно передавать второй параметр, который задает размер, или определить тип, содержащий указатель и индикатор длины, и передавать его вместо просто вектора .
Например:
void compute1(int* vec_ptr, int vec_size); // одинспособ
struct vec { // другойспособ
int* ptr;
int size;
};
void compute2(vec v);
С многомерными массивами все хитрее, но часто можно вместо них использовать векторы указателей, которые не требуют специального рассмотрения.
Например:
char* day[] = {
"mon", "tue", "wed", "thu", "fri", "sat", "sun"
};
С другой стороны, рассмотрим определение функции, которая работает с двумерными матрицами. Если размерность известна на стадии компиляции, то никаких проблем нет:
void print_m34(int m[3][4])
{
for (int i = 0; i<3; i++) {
for (int j = 0; j<4; j++)
cout << " " << m[i][j];
cout << "\n";
}
}
Матрица, конечно, все равно передается как указатель, а размерности используются просто для удобства записи.
Первая размерность массива не имеет отношения к задаче отыскания положения элемента . Поэтому ее можно передавать как параметр:
void print_mi4(int m[][4], int dim1)
{
for (int i = 0; i
Параметры по Умолчанию
Часто в самом общем случае функции требуется больше параметров, чем в самом простом и более употребительном случае. Например, в библиотеке потоков есть функция hex(), порождающая строку с шестнадцатиричным представлением целого. Второй параметр используется для задания числа символов для представления первого параметра. Если число символов слишком мало для представления целого, происходит усечение, если оно слишком велико, то строка дополняется пробелами. Часто программист не заботится о числе символов, необходимых для представления целого, поскольку символов достаточно. Поэтому для нуля в качестве второго параметра определено значение "использовать столько символов, сколько нужно". Чтобы избежать засорения программы вызовами вроде hex(i,0), функция описывается так:
extern char* hex(long, int =0);
Инициализатор второго параметра является параметром по умолчанию. То есть, если в вызове дан только один параметр, в качестве второго используется параметр по умолчанию.
Например:
cout << "**" << hex(31) << hex(32,3) << "**";
интерпретируется как
cout << "**" << hex(31,0) << hex(32,3) << "**";
и напечатает:
** 1f 20**
Параметр по умолчанию проходит проверку типа во время описания функции и вычисляется во время ее вызова. Задавать параметр по умолчанию возможно только для последних параметров, поэтому
int f(int, int =0, char* =0); // ok
int g(int =0, int =0, char*); // ошибка
int f(int =0, int, char* =0); // ошибка
Заметьте, что в этом контексте пробел между * и = является существенным (*= является операцией присваивания):
int nasty(char*=0); // синтаксическая ошибка
Перегрузка Имен Функций
Как правило, давать разным функциям разные имена - мысль хорошая, но когда некоторые функции выполняют одинаковую работу над объектами разных типов, может быть более удобно дать им одно и то же имя. Использование одного имени для различных действий над различными типами называется перегрузкой (overloading). Метод уже используется для основных операций C++: у сложения существует только одно имя, +, но его можно применять для сложения значений целых, плавающих и указательных типов. Эта идея легко расширяется на обработку операций, определенных пользователем, то есть, функций. Чтобы уберечь программиста от случайного повторного использования имени, имя может использоваться более чем для одной функции только если оно сперва описано как перегруженное.
Например:
overload print;
void print(int);
void print(char*);
Что касается компилятора, единственное общее, что имеют функции с одинаковым именем, это имя. Предположительно, они в каком-то смысле похожи, но в этом язык ни стесняет программиста, ни помогает ему. Таким образом, перегруженные имена функций - это главным образом удобство записи. Это удобство значительно в случае функций с общепринятыми именами вроде sqrt, print и open. Когда имя семантически значимо, как это имеет место для операций вроде +, * и << и в случае конструкторов, это удобство становится существенным.