Question

由于函数用于创建 C++程序的模块，对 C++的 OOP 定义至关重要，因此必须熟悉它。函数的某些方面属于高级主题，将在第 7 章和第 8 章重点讨论函数。然而，现在了解函数的一些基本特征，将使得在以后的函数学习中更加得心应手。本章剩余的内容将介绍函数的一些基本知识。

C++函数分两种：有返回值的和没有返回值的。在标准 C++函数库中可以找到这两类函数的例子，您也可以自己创建这两种类型的函数。下面首先来看一个有返回值的库函数，然后介绍如何编写简单的函数。

2.4.1 使用有返回值的函数

有返回值的函数将生成一个值，而这个值可赋给变量或在其他表达式中使用。例如，标准 C/C++库包含一个名为 sqrt( ) 的函数，它返回平方根。假设要计算 6.25 的平方根，并将这个值赋给变量 x，则可以在程序中使用下面的语句：

表达式 sqrt(6.25) 将调用 sqrt( ) 函数。表达式 sqrt(6.25) 被称为函数调用，被调用的函数叫做被调用函数（called function），包含函数调用的函数叫做调用函数（calling function，参见图 2.6）。

圆括号中的值（这里为 6.25）是发送给函数的信息，这被称为传递给函数。以这种方式发送给函数的值叫做参数。（参见图 2.7。）函数 sqrt( ) 得到的结果为 2.5，并将这个值发送给调用函数；发送回去的值叫做函数的返回值（return value）。可以这么认为，函数执行完毕后，语句中的函数调用部分将被替换为返回的值。因此，这个例子将返回值赋给变量 x。简而言之，参数是发送给函数的信息，返回值是从函数中发送回去的值。

图 2.6 调用函数

图 2.7 函数调用的句法

情况基本上就是这样，只是在使用函数之前，C++编译器必须知道函数的参数类型和返回值类型。也就是说，函数是返回整数、字符、小数、有罪裁决还是别的什么东西？如果缺少这些信息，编译器将不知道如何解释返回值。C++提供这种信息的方式是使用函数原型语句。

注意：

C++程序应当为程序中使用的每个函数提供原型。

函数原型之于函数就像变量声明之于变量—指出涉及的类型。例如，C++库将 sqrt( ) 函数定义成将一个（可能）带小数部分的数字（如 6.25）作为参数，并返回一个相同类型的数字。有些语言将这种数字称为实数，但是 C++将这种类型称为 double（将在第 3 章介绍）。sqrt( ) 的函数原型像这样：

第一个 double 意味着 sqrt( ) 将返回一个 double 值。括号中的 double 意味着 sqrt( ) 需要一个 double 参数。因此该原型对 sqrt( ) 的描述和下面代码中使用的函数相同：

原型结尾的分号表明它是一条语句，这使得它是一个原型，而不是函数头。如果省略分号，编译器将把这行代码解释为一个函数头，并要求接着提供定义该函数的函数体。

在程序中使用 sqrt( ) 时，也必须提供原型。可以用两种方法来实现：

• 在源代码文件中输入函数原型；
• 包含头文件 cmath（老系统为 math.h），其中定义了原型。

第二种方法更好，因为头文件更有可能使原型正确。对于 C++库中的每个函数，都在一个或多个头文件中提供了其原型。请通过手册或在线帮助查看函数描述来确定应使用哪个头文件。例如，sqrt( ) 函数的说明将指出，应使用 cmath 头文件。（同样，可能必须使用老式的头文件 math.h，它可用于 C 和 C++程序中。）

不要混淆函数原型和函数定义。可以看出，原型只描述函数接口。也就是说，它描述的是发送给函数的信息和返回的信息。而定义中包含了函数的代码，如计算平方根的代码。C 和 C++将库函数的这两项特性（原型和定义）分开了。库文件中包含了函数的编译代码，而头文件中则包含了原型。

应在首次使用函数之前提供其原型。通常的做法是把原型放到 main( ) 函数定义的前面。程序清单 2.4 演示了库函数 sqrt( ) 的用法，它通过包含 cmath 文件来提供该函数的原型：

程序清单 2.4 sqrt.cpp

注意：

如果使用的是老式编译器，则必须在程序清单 2.4 中使用#include <math.h>，而不是#include<cmath>。

使用库函数

C++库函数存储在库文件中。编译器编译程序时，它必须在库文件搜索您使用的函数。至于自动搜索哪些库文件，将因编译器而异。如果运行程序清单 2.4 时，将得到一条消息，指出_sqrt 是一个没有定义的外部函数（似乎应当避免），则很可能是由于编译器不能自动搜索数学库（编译器倾向于给函数名添加下划线前缀—提示它们对程序具有最后的发言权）。如果在 UNIX 实现中遇到这样的消息，可能需要在命令行结尾使用-lm 选项：

在 Linux 系统中，有些版本的 Gnu 编译器与此类似：

只包含 cmath 头文件可以提供原型，但不一定会导致编译器搜索正确的库文件。

下面是该程序的运行情况：

由于 sqrt( ) 处理的是 double 值，因此这里将变量声明为这种类型。声明 double 变量的句法与声明 int 变量相同：

double 类型使得变量 area 和 side 能够存储带小数的值，如 1 536.0 和 39.191 8。将看起来是整数（如 1536）的值赋给 double 变量时，将以实数形式存储它，其中的小数部分为.0。在第 3 章将指出，double 类型覆盖的范围要比 int 类型大得多。

C++允许在程序的任何地方声明新变量，因此 sqrt.cpp 在要使用 side 时才声明它。C++还允许在创建变量时对它进行赋值，因此也可以这样做：

这个过程叫做初始化（initialization），将在第 3 章更详细地介绍。

cin 知道如何将输入流中的信息转换为 double 类型，cout 知道如何将 double 类型插入到输出流中。前面讲过，这些对象都很智能化。

2.4.2 函数变体

有些函数需要多项信息。这些函数使用多个参数，参数间用逗号分开。例如，数学函数 pow( ) 接受两个参数，返回值为以第一个参数为底，第二个参数为指数的幂。该函数的原型如下：

要计算 5 的 8 次方，可以这样使用该函数：

另外一些函数不接受任何参数。例如，有一个 C 库（与 cstdlib 或 stdlib.h 头文件相关的库）包含一个 rand( ) 函数，该函数不接受任何参数，并返回一个随机整数。该函数的原型如下：

关键字 void 明确指出，该函数不接受任何参数。如果省略 void，让括号为空，则 C++将其解释为一个不接受任何参数的隐式声明。可以这样使用该函数：

注意，与其他一些计算机语言不同，在 C++中，函数调用中必须包括括号，即使没有参数。

还有一些函数没有返回值。例如，假设编写了一个函数，它按美元、美分格式显示数字。当向它传递参数 23.5 时，它将在屏幕上显示$23.50。由于这个函数把值发送给屏幕，而不是调用程序，因此不需要返回值。可以在原型中使用关键字 void 来指定返回类型，以指出函数没有返回值：

由于它不返回值，因此不能将该函数调用放在赋值语句或其他表达式中。相反，应使用一条纯粹的函数调用语句：

在有些语言中，有返回值的函数被称为函数（function）；没有返回值的函数被称为过程（procedure）或子程序（subroutine）。但 C++与 C 一样，这两种变体都被称为函数。

2.4.3 用户定义的函数

标准 C 库提供了 140 多个预定义的函数。如果其中的函数能满足要求，则应使用它们。但用户经常需要编写自己的函数，尤其是在设计类的时候。无论如何，设计自己的函数很有意思，下面来介绍这一过程。前面已经使用过好几个用户定义的函数，它们都叫 main( )。每个 C++程序都必须有一个 main( ) 函数，用户必须对它进行定义。假设需要添加另一个用户定义的函数。和库函数一样，也可以通过函数名来调用用户定义的函数。对于库函数，在使用之前必须提供其原型，通常把原型放到 main( ) 定义之前。但现在您必须提供新函数的源代码。最简单的方法是，将代码放在 main( ) 的后面。程序清单 2.5 演示了这些元素。

程序清单 2.5 ourfunc.cpp

main( ) 函数两次调用 simon( ) 函数，一次的参数为 3，另一次的参数为变量 count。在这两次调用之间，用户输入一个整数，用来设置 count 的值。这个例子没有在 cout 提示消息中使用换行符。这样将导致用户输入与提示出现在同一行中。下面是运行情况：

1．函数格式

在程序清单 2.5 中，simon( ) 函数的定义与 main( ) 的定义采用的格式相同。首先，有一个函数头；然后是花括号中的函数体。可以把函数的格式统一为如下的情形：

注意，定义 simon( ) 的源代码位于 main( ) 的后面。和 C 一样（但不同于 Pascal），C++不允许将函数定义嵌套在另一个函数定义中。每个函数定义都是独立的，所有函数的创建都是平等的（参见图 2.8）。

2．函数头

在程序清单 2.5 中，simon( ) 函数的函数头如下：

开头的 void 表明 simon( ) 没有返回值，因此调用 simon( ) 不会生成可在 main( ) 中将其赋给变量的数字。因此，第一个函数调用方式如下：

由于 simon( ) 没有返回值，因此不能这样使用它：

图 2.8 函数定义在文件中依次出现

括号中的 int n 表明，使用 simon( ) 时，应提供一个 int 参数。n 是一个新的变量，函数调用时传递的值将被赋给它。因此，下面的函数调用将 3 赋给 simon( ) 函数头中定义的变量 n：

当函数体中的 cout 语句使用 n 时，将使用函数调用时传递的值。这就是为什么 simon（3）在输出中显示 3 的原因所在。在示例运行中，函数调用 simon(count) 导致函数显示 512，因为这正是赋给 count 的值。简而言之，simon( ) 的函数头表明，该函数接受一个 int 参数，不返回任何值。

下面复习一下 main( ) 的函数头：

开头的 int 表明，main( ) 返回一个整数值；空括号（其中可以包含 void）表明，main( ) 没有参数。对于有返回值的函数，应使用关键字 return 来提供返回值，并结束函数。这就是为什么要在 main( ) 结尾使用下述语句的原因：

这在逻辑上是一致的：main( ) 返回一个 int 值，而程序员要求它返回整数 0。但可能会产生疑问，将这个值返回到哪里了呢？毕竟，程序中没有哪个地方可以看出对 main( ) 的调用：

答案是，可以将计算机操作系统（如 UNIX 或 Windows）看作调用程序。因此，main( ) 的返回值并不是返回给程序的其他部分，而是返回给操作系统。很多操作系统都可以使用程序的返回值。例如，UNIX 外壳脚本和 Windows 命令行批处理文件都被设计成运行程序，并测试它们的返回值（通常叫做退出值）。通常的约定是，退出值为 0 则意味着程序运行成功，为非零则意味着存在问题。因此，如果 C++程序无法打开文件，可以将它设计为返回一个非零值。然后，便可以设计一个外壳脚本或批处理文件来运行该程序，如果该程序发出指示失败的消息，则采取其他措施。

关键字

关键字是计算机语言中的词汇。本章使用了 4 个 C++关键字：int、void、return 和 double。由于这些关键字都是 C++专用的，因此不能用作他用。也就是说，不能将 return 用作变量名，也不能把 double 用作函数名。不过可以把它们用作名称的一部分，如 painter（其中包含 int）或 return_aces。附录 B 提供了 C++关键字的完整列表。另外，main 不是关键字，由于它不是语言的组成部分。然而，它是一个必不可少的函数的名称。可以把 main 用作变量名（在一些很神秘的以致于无法在这里介绍的情况中，将 main 用作变量名会引发错误，由于它在任何情况下都是容易混淆的，因此最好不要这样做）。同样，其他函数名和对象名也都不能是关键字。然而，在程序中将同一个名称（比如 cout）用作对象名和变量名会把编译器搞糊涂。也就是说，在不使用 cout 对象进行输出的函数中，可以将 cout 用作变量名，但不能在同一个函数中同时将 cout 用作对象名和变量名。

2.4.4 用户定义的有返回值的函数

我们再深入一步，编写一个使用返回语句的函数。main( ) 函数已经揭示了有返回值的函数的格式：在函数头中指出返回类型，在函数体结尾处使用 return。可以用这种形式为在英国观光的人解决重量的问题。在英国，很多浴室都以英石（stone）为单位，不像美国以磅或公斤为单位。一英石等于 14 磅，程序清单 2.6 使用一个函数来完成这样的转换。

程序清单 2.6 convert.cpp

下面是该程序的运行情况：

在 main( ) 中，程序使用 cin 来给整型变量 stone 提供一个值。这个值被作为参数传递给 stonetolb( ) 函数，在该函数中，这个值被赋给变量 sts。然后，stonetolb( ) 用关键字 return 将 14*sts 返回给 main( )。这表明 return 后面并非一定得跟一个简单的数字。这里通过使用较为复杂的表达式，避免了创建一个新变量，将结果赋给该变量，然后将它返回。程序将计算表达式的值（这里为 210），并将其返回。如果返回表达式的值很麻烦，可以采取更复杂的方式：

这两个版本返回的结果相同，但第二个版本更容易理解和修改，因为它将计算和返回分开了。

通常，在可以使用一个简单常量的地方，都可以使用一个返回值类型与该常量相同的函数。例如，stonetolb( ) 返回一个 int 值，这意味着可以以下面的方式使用该函数：

在上述任何一种情况下，程序都将计算返回值，然后在语句中使用这个值。

这些例子表明，函数原型描述了函数接口，即函数如何与程序的其他部分交互。参数列表指出了何种信息将被传递给函数，函数类型指出了返回值的类型。程序员有时将函数比作一个由出入它们的信息所指定的黑盒子（black boxes）（电工用语）。函数原型将这种观点诠释得淋漓尽致（参见图 2.9）。

图 2.9 函数原型和作为黑盒的函数

函数 stonetolb( ) 短小、简单，但包含了全部的函数特性：

• 有函数头和函数体；
• 接受一个参数；
• 返回一个值；
• 需要一个原型。

可以把 stonetolb( ) 看作函数设计的标准格式。第 7 章和第 8 章将更详细地介绍函数。而本章的内容让读者能够很好地了解函数的工作方式及其如何与 C++匹配。

2.4.5 在多函数程序中使用 using 编译指令

在程序清单 2.5 中，两个函数中都包含下面一条 using 编译指令：

这是因为每个函数都使用了 cout，因此需要能够访问位于名称空间 std 中的 cout 定义。

在程序清单 2.5 中，可以采用另一种方法让两个函数都能够访问名称空间 std，即将编译指令放在函数的外面，且位于两个函数的前面：

当前通行的理念是，只让需要访问名称空间 std 的函数访问它是更好的选择。例如，在程序清单 2.6 中，只有 main( ) 函数使用 cout，因此没有必要让函数 stonetolb( ) 能够访问名称空间 std。因此编译指令 using 被放在函数 main( ) 中，使得只有该函数能够访问名称空间 std。

总之，让程序能够访问名称空间 std 的方法有多种，下面是其中的 4 种。

• 将 using namespace std；放在函数定义之前，让文件中所有的函数都能够使用名称空间 std 中所有的元素。
• 将 using namespace std；放在特定的函数定义中，让该函数能够使用名称空间 std 中的所有元素。
• 在特定的函数中使用类似 using std::cout;这样的编译指令，而不是 using namespace std;，让该函数能够使用指定的元素，如 cout。
• 完全不使用编译指令 using，而在需要使用名称空间 std 中的元素时，使用前缀 std::，如下所示：

命名约定

C++程序员给函数、类和变量命名时，可以有很多种选择。程序员对风格的观点五花八门，这些看法有时就像公共论坛上的圣战。就函数名称而言，程序员有以下选择：

Myfunction( )
myfunction( )
myFunction( )
my_function( )
my_funct( )

选择取决于开发团体、使用的技术或库以及程序员个人的品位和喜好。因此凡是符合第 3 章将介绍的 C++规则的风格都是正确的，都可以根据个人的判断而使用。

撇开语言是否允许不谈，个人的命名风格也是值得注意的—它有助于保持一致性和精确性。精确、让人一目了然的个人命名约定是良好的软件工程的标志，它在整个编程生涯中都会起到很好的作用。