Question

现在将注意力从数组转到结构。为结构编写函数比为数组编写函数要简单得多。虽然结构变量和数组一样，都可以存储多个数据项，但在涉及到函数时，结构变量的行为更接近于基本的单值变量。也就是说，与数组不同，结构将其数据组合成单个实体或数据对象，该实体被视为一个整体。前面讲过，可以将一个结构赋给另外一个结构。同样，也可以按值传递结构，就像普通变量那样。在这种情况下，函数将使用原始结构的副本。另外，函数也可以返回结构。与数组名就是数组第一个元素的地址不同的是，结构名只是结构的名称，要获得结构的地址，必须使用地址运算符&。在 C 语言和 C++中，都使用符号&来表示地址运算符；另外，C++还使用该运算符来表示引用变量，这将在第 8 章讨论。

使用结构编程时，最直接的方式是像处理基本类型那样来处理结构；也就是说，将结构作为参数传递，并在需要时将结构用作返回值使用。然而，按值传递结构有一个缺点。如果结构非常大，则复制结构将增加内存要求，降低系统运行的速度。出于这些原因（同时由于最初 C 语言不允许按值传递结构），许多 C 程序员倾向于传递结构的地址，然后使用指针来访问结构的内容。C++提供了第三种选择——按引用传递（将在第 8 章介绍）。下面介绍其他两种传递方式，首先介绍传递和返回整个结构。

7.6.1 传递和返回结构

当结构比较小时，按值传递结构最合理，下面来看两个使用这种技术的示例。第一个例子处理行程时间。有些地图指出，从 Thunder Falls 到 Bingo 城需要 3 小时 50 分钟，而从 Bingo 城到 Gotesquo 需要 1 小时 25 分钟。对于这种时间，可以使用结构来表示——一个成员表示小时值，另一个成员表示分钟值。将两个时间加起来需要一些技巧，因为可能需要将分钟值转换为小时。例如，前面列出的两个时间的总和为 4 小时 75 分钟，应将它转换为 5 小时 15 分钟。下面开发用于表示时间值的结构，然后再开发一个函数，它接受两个这样的结构为参数，并返回表示参数的和的结构。

定义结构的工作很简单：

接下来，看一下返回两个这种结构的总和的 sum( ) 函数的原型。返回值的类型应为 travel_time，两个参数也应为这种类型。因此，原型应如下所示：

要将两个时间相加，应首先将分钟成员相加。然后通过整数除法（除数为 60）得到小时值，通过求模运算符（%）得到剩余的分钟数。程序清单 7.11 在 sum( ) 函数中使用了这种计算方式，并使用 show_time( ) 函数显示 travel_time 结构的内容。

程序清单 7.11 travel.cpp

其中，travel_time 就像是一个标准的类型名，可被用来声明变量、函数的返回类型和函数的参数类型。由于 total 和 t1 变量是 travel_time 结构，因此可以对它们使用句点成员运算符。由于 sum( ) 函数返回 travel_time 结构，因此可以将其用作 show_time( ) 函数的参数。由于在默认情况下，C++函数按值传递参数，因此函数调用 show_time(sum(trip, day3)) 将执行函数调用 sum(trip, day3)，以获得其返回值。然后，show_time( ) 调用将 sum( ) 的返回值（而不是函数自身）传递给 show_time( )。下面是该程序的输出：

7.6.2 另一个处理结构的函数示例

前面介绍的有关函数和 C++结构的大部分知识都可用于 C++类中，因此有必要介绍另一个示例。这次要处理的是空间，而不是时间。具体地说，这个例子将定义两个结构，用于表示两种不同的描述位置的方法，然后开发一个函数，将一种格式转换为另一种格式，并显示结果。这个例子用到的数学知识比前一个要多，但并不需要像学习数学那样学习 C++。

假设要描述屏幕上某点的位置，或地图上某点相对于原点的位置，则一种方法是指出该点相对于原点的水平偏移量和垂直偏移量。传统上，数学家使用 x 表示水平偏移量，使用 y 表示垂直偏移量（参见图 7.6）。x 和 y 一起构成了直角坐标（rectangular coordinates）。可以定义由两个坐标组成的结构来表示位置：

图 7.6 直角坐标

另一种描述点的位置的方法是，指出它偏离原点的距离和方向（例如，东偏北 40 度）。传统上，数学家从正水平轴开始按逆时针方向度量角度（参见图 7.7）。距离和角度一起构成了极坐标（polar coordinates）。可以定义另一个结构来表示这种位置：

图 7.7 极坐标

下面来创建一个显示 polar 结构的内容的函数。C++库（从 C 语言借鉴而来）中的数学函数假设角度的单位为弧度，因此应以弧度为单位来测量角度。但为了便于显示，我们将弧度值转换为角度值。这意味着需要将弧度值乘以 180/——约为 57.29577951。该函数的代码如下：

请注意，形参的类型为 polar。将一个 polar 结构传递给该函数时，该结构的内容将被复制到 dapos 结构中，函数随后将使用该拷贝完成工作。由于 dapos 是一个结构，因此该函数使用成员运算符句点（参见第 4 章）来标识结构成员。

接下来，让我们试着再前进一步，编写一个将直角坐标转换为极坐标的函数。该函数接受一个 rect 参数，并返回一个 polar 结构。这需要使用数学库中的函数，因此程序必须包含头文件 cmath（在较旧的系统中为 math.h）。另外，在有些系统中，还必须命令编译器载入数学库（参见第 1 章）。可以根据毕达哥拉斯定理，使用水平和垂直坐标来计算距离：

数学库中的 atan2( ) 函数可根据 x 和 y 的值计算角度：

还有一个 atan( ) 函数，但它不能区分 180 度之内和之外的角度。在数学函数中，这种不确定性与在生存手册中一样不受人欢迎。

有了这些公式后，便可以这样编写该函数：

编写好函数后，程序的其他部分编写起来就非常简单了。程序清单 7.12 列出了程序的代码。

程序清单 7.12 atrctfun.cpp

注意：

有些编译器仅当被明确指示后，才会搜索数学库。例如，较早的 g++版本使用下面这样的命令行：

下面是该程序的运行情况：

程序说明

程序清单 7.12 中的两个函数已经在前面讨论了，因此下面复习一下该程序如何使用 cin 来控制 while 循环：

前面讲过，cin 是 istream 类的一个对象。抽取运算符（>>）被设计成使得 cin>>rplace.x 也是一个 istream 对象。正如第 11 章将介绍的，类运算符是使用函数实现的。使用 cin>>rplace.x 时，程序将调用一个函数，该函数返回一个 istream 值。将抽取运算符用于 cin>>rplace.x 对象（就像 cin>>rplace.x>>rplace.y 这样），也将获得一个 istream 对象。因此，整个 while 循环的测试表达式的最终结果为 cin，而 cin 被用于测试表达式中时，将根据输入是否成功，被转换为 bool 值 true 或 false。例如，在程序清单 7.12 中的循环中，cin 期望用户输入两个数字，如果用户输入了 q（前面的输出示例就是这样做的），cin>>将知道 q 不是数字，从而将 q 留在输入队列中，并返回一个将被转换为 fasle 的值，导致循环结束。

请将这种读取数字的方法与下面更为简单的方法进行比较：

要提早结束该循环，可以输入一个负值。这将输入限制为非负值。这种限制符合某些程序的需要，但通常需要一种不会将某些数值排除在外的、终止循环的方式。将 cin>>用作测试条件消除了这种限制，因为它接受任何有效的数字输入。在需要使用循环来输入数字时，别忘了考虑使用这种方式。另外请记住，非数字输入将设置一个错误条件，禁止进一步读取输入。如果程序在输入循环后还需要进行输入，则必须使用 cin.clear( ) 重置输入，然后还可能需要通过读取不合法的输入来丢弃它们。程序清单 7.7 演示了这些技术。

7.6.3 传递结构的地址

假设要传递结构的地址而不是整个结构以节省时间和空间，则需要重新编写前面的函数，使用指向结构的指针。首先来看一看如何重新编写 show_polar( ) 函数。需要修改三个地方：

• 调用函数时，将结构的地址（&pplace）而不是结构本身（pplace）传递给它；
• 将形参声明为指向 polar 的指针，即 polar *类型。由于函数不应该修改结构，因此使用了 const 修饰符；
• 由于形参是指针而不是结构，因此应间接成员运算符（->），而不是成员运算符（句点）。

完成上述修改后，该函数如下所示：

接下来对 rect_to_polar 进行修改。由于原来的 rect_to_polar 函数返回一个结构，因此修改工作更复杂些。为了充分利用指针的效率，应使用指针，而不是返回值。为此，需要将两个指针传递给该函数。第一个指针指向要转换的结构，第二个指针指向存储转换结果的结构。函数不返回一个新的结构，而是修改调用函数中已有的结构。因此，虽然第一个参数是 const 指针，但第二个参数却不是。也可以像修改函数 show_polar( ) 修改这个函数。程序清单 7.13 列出了修改后的程序。

程序清单 7.13 strctptr.cpp

注意：

有些编译器需要明确指示，才会搜索数学库。例如，较早的 g++版本使用下面这样的命令行：

从用户的角度来说，程序清单 7.13 的行为与程序清单 7.12 相同。它们之间的差别在于，程序清单 7.12 使用的是结构副本，而程序清单 7.13 使用的是指针，让函数能够对原始结构进行操作。