It计算机课件 第4章 函数

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C

+

+

语

言

程

序

设

计

教

程

第4章函数

第

4

、草

函

数

1

信华学出瓶社量扁翱制|孱

C71,''―/■fff."iT\：I/AHyKn<*>>Ju2CJA..,<

+

+

语第4章函数

言

程

序令学习目标

设

计

教

程1.掌握函数的声明和定义、函数的调用及函数的参数

传递过程；

2.掌握关键字inline的含义与使用；

第

43.掌握递归函数的使用；

、

草4.掌握函数重载的使用方法；

函

数5.掌握函数模板的使用方法；

6.了解各类系统函数，掌握常用的系统函数的使用。

2

C/「一XJ/」,.二F*«✓✓***二^//）四*~gE_＜尊/＜^尸**丹"片wfj■"0/*^/■

+

+4.1函数的定义和声明

语

言

程4.1.1函数的定义

序

设函数是一人命名的程序代码块，是程序完成其操作的场所，是将功

计能重复的程序段抽象出来所形成一个独立的、可重复使用的功能模块。

教

程定义函数的一般格式为：▲

返回类型函数名（裂类型1参数1，数据类型2参数2「）

第

4语句序列;

、形参表

草

函

数

行说明：

＞函数必须先定义才可以使用

＞定义函数就是编写完成函数功能的程序块。

3

利华广字厅被包

C

+

+

语4.1函数的定义和声明

言在函数的定义中：

程＞返回类型为函数返回值的类型，可以是系统任一基本数据类型或用户已定义

序

的一种数据类型，它是函数执行过程中通过return语句要求的返回值的类型,

设

计又称为该函数的类型。当一个函数不需要通过return语句返回一个值时，称

教为无返回值函数或无类型函数，此时需要使用void作为类型名。

程＞函数名是用户为函数所起的名字，它是一个标识符，应符合C++标识符的一般

命名规则，用户通过使用这个函数名和实参表可以调用该函数。

＞形式参数表可以包含任意多项（可以没有），当多于一项时，前后两个参数之

第间必须用逗号分开。

4＞用花括号括起来的语句序列组成了函数体，即函数所完成的具体操作，函数

、

草体一般分为3部分：第1部分为定义部分，定义函数所需要的局部常量与局部

函变量；第2部分为函数的功能部分，完成函数的功能；第3部分为返回值部分,

数返回函数的结果。如果函数体中没有任何语句，该函数称作空函数。

＞每个函数都是一个功能独立的模块，绝不允许在一个函数体内定义另一个函

数。

C

+

+4.1函数的定义和声明

语[I**********************************

言2*p4_1.cpp*

程

*函数的使用，对两个数取大*

序3

4***********************************I

设

计5#include<iostream>函数定义

教6usingnamespacestd;

程

7intmax(intx,inty)i

8{r----------------------------：~~-

9intz;函数体：函数所完成

第10z=(x>y)?x:y;一^的具体操作一

411returnz;

、

草

函

数

5

C信单人字5被在颉颤HR初遇I及9星国H

+

+4.1函数的定义和声明

语

言

程

序在C++程序中，使用函数前首先需要对函数原型进行声

设

计明，告诉编译器函数的名称、类型和形式参数。

教

程卜C++中，函数原型声明原则如下：H

(1)如果函数定义在先，调用在后，调用前可以不必声明；

第

4如果函数定义在后，调用在先，调用前必须声明。

、

草(2)在程序设计中，为了使程序设计的逻辑结构清晰，一般

函

数将主要的函数放在程序的起始位置声明，这样也起到了

列函数目录的作用。

利华广字厅被包

CIWI

+

+

语4.1.2函数原型的声明

言

程在C++中，函数原型声明原则如下：

序

设(1)如果函数定义在先，调用在后，调用前可以不必声明；如果函

计数定义在后，调用在先，调用前必须声明。

教(2)在程序设计中，为了使程序设计的逻辑结构清晰，一般将主要

程

的函数放在程序的起始位置声明，这样也起到了列函数目录的作用。

声明函数原型的形式如下:

第

4

、

草返回类型函数名(数据类型1参数1,数据类型2参数2,…);

函

数

例如：

intmax(intx,inty);—==32^〜加上参数名会使函数函

intmax(intjnt);［、功能和参薮更清晰。,

7

清华袁学出版社‘鸳f皓

C""*/整e厂*.,CJ*rfMi/JuC3r«^5。「tyj»＞

+

+4.1.2函数原型的声明

语

言函数调用的一般形式为:

程

序函数名(参数1,参数2,...)；

设

,__________)

计Y

教实际参数表

程

＞各实际参数表中的实际参数应与形参表中的形参一一对应，即个数相等且对应参数

的数据类型相同。

＞函数调用是一个表达式，函数名连同括号是函数调用运算符。表达式的值就是被调

第

4函数的返回值，它的类型就是函数定义中指定的函数返回值的类型，即函数的类型。

＞如果函数的返回值为void,说明该函数没有返回值。

、

草

例如：

函

数cout«max(a,b)«endl;

招注音­

主函数main()不需要进行原型语声明，也不允许任何函数调用它，它只由操作系统调用

并返回操作系统。

8

清华方学出扳社

C

+

+4.2.2函数调用的执行过程

语

言

程当调用一个函数时，整个调用过程分为三步进行：

序

设第一步：函数调用；

计①将函数调用语句下一条语句的地址保存在一种称为“栈”的内存中空间

教

中，以便函数调用完后返回。

程

将数据放到栈空间中的过程称为压栈。

②对实参表从后向前，依次计算出实参表达式的值，并将值压栈。

③转跳到函数体处。

第

4

、

草第二步：函数体执行，即逐条运行函数体中语句的过程。

函④如果函数中还定义了变量，将变量压栈。

数

⑤将每一个形参以栈中对应的实参值取代，执行函数的功能体。

⑥将函数体中的变量、保存在栈中的实参值，依次从栈中取出，以释放栈

空间。从栈中取出数据称为出栈，X出栈用pop(x)表示。

第三步：返回，即返回到函数调用表达式的位置。

⑦返回过程执行的是函数体中的return语句。.

C

+

+4.2.2函数调用的执行过程

语

言

程以函数max()为例，演示函数调用的详细过程如图4-1所示

序

执行代码内存

设

计

100B0000:④push(z)max()定义部分

教

⑤max([bp-8],[bp-4])

程max()功能体

==>[bp-12]

⑥pop(z)max()执行码

@pop(x)

第©pop(y)栈内存

4⑦jump(pop())

、

草

函bp-12:

数①push(l00B0A43)bp-8:

②push(b)bp-4:0

调用max(a,b)

②push(a)bp：100B0A43

©jump100B0000

100B0A43:____bb)之后的语句

10

淆华十字出旃社...

C

+

+4.2.3函数参数的按值传递

语

言

程函数调用过程实际上执行了一个从参数传递--执行函数体-一返

序回的过程。其中的函数参数传递过程的实质是将实参值通过栈空间

设一一传送给实参的过程，这种把实参表达式的值传送给对应的形参

计

教变量传递方式称为“按值传递”。

程

第

4

、

草

函

数

11

等，[.匕_二学年X什

/l‘"""'1/J>■1-'JJIZz*；,■9

C

+

+4.2.3函数参数的按值传递

语[I**************************************

言2*p4_2.cpp*

程

*函数的传值调用，将两个数交换*

序3

设

计

教

程

9intt;

第

4

、

草

函

数

摩华土学出扳社

CIWI

+

+4.2.4嵌套调用

语

言在一个函数中调用其它函数叫函数的嵌套。C++中函数的定义是平行的，

程除了main。以外，都可以互相调用。函数不可以嵌套定义，但可以嵌套调

序用。比如函数1调用了函数2,函数2再调用函数3,这便形成了函数的嵌套

设调用。

计

教[/**************************************************************

程

2*p4_3.cpp*

3*函数的嵌套调用，求三个数中最大数和最小数的差值*

A**************************************************************/

第5#include<iostream>

4

6usingnamespacestd;

、

草7intmax(intx,inty,intz

函

8

数

9intt;

函数定义

10t=x>y?x:y;

11return(t>z?t:z);

12}

13

淆华丁字出的孑干....-

/JJ<J",一"Ji--▼K•二：t，"/«：,「，’■//'•1,/•/=—.“一Lr*.「7•r•/二，=」，..

C

+13intmin(intx,inty,intz)

+

14{

语

15intt;

言

程16t=x<y?x:y;

序17return(t<z?t:z);

设18)

计

19intdif(intx,inty,intz)

教

程20{

21returnmax(x,y,z)-min(x,y,z);

22}

23voidmain()-----------

第24{嵌套调用

4

25inta,b,c;

、

草

函26cin»a»b»c;

数27cout«"Max-Min="<<dif(a,b,c)«endl;

28)

一运行结果：一

》5-615/

》21

­

清华广字出版社,--------

CJ*tI、**Fr*\Sff**7''­-J*ylyf'**•E/JuCjfl-71€*P

+

+4.2.4递归调用

语

言

程在调用一个函数的过程中又直接或间接地调用该函数

序

设本身的这一现象，叫做函数的递归调用。

计

教

程〃1(n=0)

n!二y

第<n(n-l)!(n>0)

4

、

草・递归可以分为直接递归调用和间接递归调用。

函

数

直接递归调用：是在调用函数的过程中又调用该函数本身；

间接递归调用：是在调用fl()函数的过程中调用f2()函数，而f2()中

又需要调用门()。

15

滑工咨理学出版社；立出皓用茄M的抗时汁-'=2

C*,•"ffA*•fr*?,厂T\.j/Af：M.r*-M*]JuC2#=1尸夕f*frr*.**

+

+4.2.4递归调用

语

言递归方法是从结果出发，归纳出后一结果与前一结果直到初值为

程

序止存在的关系，要求通过分析得到：初值+递归函数，然后设计一个

设函数（递归函数），这个函数不断使用下一级值调用自身，直到结

计

教果已知处。

程

递归函数设计的一般形式是:

第函数类型递归函数名f（参数X）

4{

、

草if（满足结束条件）

函结果二初值；

数

else

结果二含f（x-1）的表达式;

返回结果；

16

清华衮学国戒社’皙t朋

C*2/少厂•5C///77^2-?^Jz2ZrV

+

+4.2.4递归调用

语

言

I************************************************

程

序2*p4_4.cpp

设3*函数的递归调用，求n!

计4***********************************************

教

程5#include<iostream>

6usingnamespacestd;

7intfac(intn)

8{______________

第9Stt;「递归函数定义〜

4

、

草IMif(n==1)/'--------

函11t=1;

12else/

数

13t=n*fac(n-1);

14return(t);

15}

17

清华二学出版近一变二-----

C9’

+

+4.2.4递归调用

语

言16voidmain()

程

序17{constintmax_n=12;〃int类型数能表示的n!的最大的n

设18intn;______________

计19cout«,,lnputaintegernumber:";匚递归函数调用

教

程20cin»n;

21if(n>=1&&n<=max_n)

22cout«"Factorialof"«n«"is:"«fac(n)«endl;

第23else

24cout«"lnvalidn."«endL____________________________________

运行结果:

12/

479001600

递归程序分两个阶段执行：

①调用：欲求fac(n)-*先求fac(nT)ffac(n-2)...-*fac(1)

若fac(l)已知,回推结束。

②回代：知道fac(1)f可求出fac(2)->fac⑶f...-(n)

18

音4.匕-「步二行,十

r

C/尸］，二。J"./11—1*/12^*#-*

+

+4.2.4递归调用

语

言

程函数参数传递过程：

序

设

计

教

程

第

4

章

19

清华方学出扳社

CIWI

+

+4.2.4递归调用

语

言

程【例4-5】汉诺塔(TowerofHanoi)问题。

序

设有三根柱子A、B、CoA柱上有从小到大排列的n个盘，要求把这

计些盘全部搬到C柱上，可以利用空的B柱；但是每次只能搬动一个盘,

教且在搬动时每个柱子上必须保持盘从小到大的排列次序。如，当盘

程

数n二3时搬动步骤为：(1,A->C),(2,A->B),(2,C->B),(3,A-

>C),(1,B->A),(2,B->C),(1,A->C)O

第

4

、

草

函

数

B(辅助)C(目标)

20

清华尢学出版社

C

+

+4.2.4递归调用

语分析:

言

程将n个盘子从A柱移到C柱可分解为以下3步:

序

设

计

教

程

A（源）B（辅助）C（目标）

①将A柱上-1个盘子借助于C柱先移到B柱；

第

4

、

草

函

数

②将A柱上剩下的第n个盘子移到C柱：

2

3

4

③将B柱上n-1个盘子借助A移到C柱。21

音小匕一「学年二万士十

C

+4.2：4递归调用

[/*******************************

语

言2*p4_5.cpp*

程3*汉诺塔问题*

序4*******************************/

设

5include<iostream>

计

教6usingnamespacestd;

程7voidmove(intn,charsource,chartarget)

8(

9cout«"("«n«","«source«"—>"«target«")"«endl;

10)

第11voidhanoi(intn,charA,charB,charC)

4

12{一------------

、

草13if(n==1)递归函数定义

函------------------------------

14move(1,A,C);

数

15else{

16hanoi(n-1,A,C,B);

17move(n,A,C);

18hanoi(n-1,B,A,C);

19)

20)

22

C清华玄二学出版社

+

+4.2.4递归调用

语

言21voidmain()

程

序22{

设23intnum;

计

教24cout«"lnputthenumberofdiskes";

程25cin»num;递归函数调用

26hanoi(num,'A','B','C);

27)

第运行结果：

4

J55tL

早Inputthenumberofdiskes3/

(1,A—>C)

函(2,A—>B)

数

(2,C—>B)

(3,A->C)

(1,B—>A)

(2,B—>C)

(1,A—>C)

23

清华方学出扳社

C

+

+内联函数

语4.3

言内联函数：

程

序是通过在编译时将函数体代码插入到函数调用处，将调用函数的方

设式改为顺序执行方式来节省程序执行的时间开销，这一过程叫做内联

计

教函数的扩展。因此，内联函数实际上是一种用空间换时间的方案。

程

内联函数的定义形式如下:

第inline函数类型函数名（形式参数表）

4

（

、

草

函数体；

函

数

在内联函数扩展时也进行了实参与形参结合的过程：先将实参名

（而不是实参值），将函数体中的形参处处替换，然后搬到调用处。但

从用户的角度看，调用内联函数和一般函数没有任何区别。

24

清华玄工学出版社

C

+内联函数

+4.3

语1I/**********************************

言2*p4_6.cpp*

程

3*内联函数的使用*

序

**********************************/

设4

计5#include<iostream>内联函数定义

教6usingnamespacestd;

程

7inlinedoubleCirArea(doubleradius)

8

9return3.14*radius*radius;

第10}

411voidmain()

、

草12

函

13doubler1(1.0),r2(2);厂内联函数调用

数

14cout«CirArea(r1)«endl;1—

15cout«CirArea(r1+r2+4)«endl;

16}

运行结果:

12/

47900160025

利华广字厅被包

CIWI

+

+内联函数

语4.3

言

程由于计算机的资源总是有限的，使用内联函数虽然节省了程序运行的时

序间开销，但却增大了代码占用内存的空间开销。因此在具体编程时应仔细地

设权衡时间开销与空间开销之间的矛盾，以确定是否采用内联函数。

计

教与处理register变量相似，是否对一个内联函数进行扩展完全由编译器

程自行决定。因此，说明一个内联函数只是请求而不是命令编译器对它进行扩

展。事实上，如果将一个较复杂的函数定义为内联函数，大多数编译器会自

动地将其作为普通函数处理。

第

4注意：

、

草>如果仅在声明函数原型时加上关键字inline,并不能达到内联效果。

函

>内联函数的定义必须出现在对该函数的调用之前，因为编译器在

数

对函数调用语句进行替换时，必须事先知道替换该语句的代码是

什么。这也是仅在声明函数原型时加上关键字inline,并不能达到

内联效果的原因。

26

瘠华十字出版社M总.――

内联函数声明与使用

声明时使用关键字inlineo

»编译时在调用处用函数体进行替换，节

省了参数传递、控制转移等开销。

A注意：

＞内联函数体内不能有循环语句和switch

语句。

»内联函数的声明必须出现在内联函数第

一次被调用之前。

A对内联函数不能进行异常接口声明。

27

清华之学出成社

C3*/rr"Ir*?VA—,'vylb/-jr*3*JPP"'fi^'C*ys^TC^

+

+带默认形参值的函数

语4.4

言

C++语言允许在函数说明或函数定义中为形参预赋一个默认的值，

程

序这样的函数就叫做带有默认形参值的函数。在调用带有默认参数值的

设函数时，若为相应形参指定了实参，则形参将使用实参的值；否则，

计形参相使用其默认值。这就大大地方便了函数的使用。

教

程

例如:

intsub(intx=8,inty=3)

第(

4

returnx-y;

、

草}

函voidmain(void)

数(

sub(20,15);〃传递给形参x,y的值分别为20和15

sub(10);〃传递给形参x,y的值分别为10和3

sub();〃传递给形参x,y的值分别为8和3

}

28

清华之学出成社

C3*/rr"Ir*?VA—,'vylb/-jr*3*JPP"'fi^'C*ys^TC^

+

+4.4带默认形参值的函数

语

言(1)若函数具有多个形参，则缺省形参值必须自右向左连续地定义，并且在一

程

序个缺省形参值的右边不能有未指定缺省值的参数。这是由于C++语言在函数调

设用时参数是自右至左入栈这一约定所决定的。

计

教例如：

程intf(inta,floatb=5.0,charc='.',intd=10);〃正确

intf(inta=1,floatb=5.0,charc='.',intd);〃错误，d未给值

intf(inta=1,floatb,charc='.',intd=10);〃错误,b未给值

第

4

、

草(2)在调用一个函数时，如果省去了某个实参，则直到最右端的实参都要省去

函(当然，与它们对应的形参都要有缺省值)。

数例如：

假如有如下声明：

intf(inta,floatb=5.0,charc='.'，intd=10);

采用如下调用形式是错误的：

f(8,,,4);〃语法错误

29

清华尢学出版社

CIWI

+

+4.4带默认形参值的函数

语

言

程(3)缺省形参值的说明必须出现在函数调用之前。这就是说，如果存在函数原型，

序则形参的缺省值应在函数原型中指定；否则在函数定义中指定。另外，若函数

设原型中已给出了形参的缺省值，则在函数定义中不得重复指定，即使所指定的

计缺省值完全相同也不行。

教

程例如：

intsub(intx=8,inty=3)；〃缺省形参值在函数原型中给出

voidmain(void)

intadd(intx=5,inty=6)

第

4sub(20,15);//20-15

J55tLtreturnx+y;

早sub(10);//10-3

sub();//8-3

函intmain()

数)

//缺省形参值

intsub(intx,inty){add();〃调用在实现后

没有在函数定义时给出

returnx-y;

)

30

r=J>rII»

信华-无字力被包鼻麻鬲洞删舞腾制费I

C'4;ffV,FL*7'\：rtAnGfjfr//Jf»2fi-i*"^5cT尸-JJRI

+

+4.4带默认形参值的函数

语

言

(4)在同一个作用域，一旦定义了缺省形参值，就不能再定义它。

程

序

例如：

设

计

intf(inta,floatb,char,intd=10);

教

=,

程intf(inta,floatb,charc.',intd=10);〃错误：企图再次定义缺省参数c和d

(5)如果几个函数说明出现在不同的作用域内，则允许分别为它们提供不同的缺

第省形参值。

4例如：

、

草

函intf(inta=6,floatb=5.0,charc='.,,intd=10);

数voidmain(void)

(

intf(inta=3,floatb=2.0,charc=,n',intd=20);

cout«f()«endl;〃f函数使用局部缺省参数值

)

31

清华尢学出版社

Cr--1/.1»/

+

+4.4带默认形参值的函数

语

言

程例：

序intadd(intx=l,inty=2);

设

计intmain()

教{intadd(intx=3,inty=4);

程add();〃使用局部默认形参值

(实现3+4)

}

第voidfun(void)

4{...

、

草add();〃使用全局默认形参值

函(实现1+2)

数

32

C

+

+4.4带默认形参值的函数

(6)对形参缺省值的指定可以是初始化表达式，甚至可以包含函数调用。

例如：

〃d参数的缺省值是函数调用。

intf(inta,floatb=5.0,charc-.'Jntd=sub(20,15));

第(7)在函数原型给出了形参的缺省值时，形参名可以省略。

4

JsbtL

早例如：

函intf(int,float=5.0,char=\,,int=sub(20,15));

数

33

清华瀛的蓼数传递

用引用做形参

A引用(&)是标识符的别名，是一种特殊类型的

变量。例如：

inti,j;

int&ri=i;

//建立一个int型的引用ri,并将其

〃初始化为变量i的一个别名

j=10;

ri=j;//相当于i=j;

»声明一个引用时，必须同时对它进行初始化

,使它指向一个已存在的对象。

A一旦一个引用被初始化后，就不能改为指向

其它对象。

»引用可以作为形参

voidswap(int&a,int&b){...}

34

例：输入两个整数交换后输出

#include<iostream>

usingnamespacestd;

voidSwap(int&a,int&b);

intmain()

{intx(5),y(10);

cout«nx="«x«ny=n«y«endl;

Swap(x,v);

cout«nx="«x«ny=n«y«endl;

return0;

)

voidSwap(int&a,int&b)

{intt;

t=a;运行结果：

a=b;

b=t;x=5y=10

)x=10y=5

35

S管案寻*麻城引用为参数，达

到交换目的。t=a;

x的别名

a

a_=bb=t;

abb

形参是实参的一个别名，对一一r

形参的任何操作直接影响实一W一

参。xy

36|

C

+

+函数重载

语4.5

言

程C++允许功能相近的函数在相同的作用域内以相同函数名声明，从而形成重载。

序方便使用，便于记忆。

设

计

教函数重载：

程

就是两个以上的函数，取相同的函数名，但是形参的个数和类型不同，编

蟒器根据实参和形参的类型及个数的最佳匹配，自动决定调用哪一个函数。

第

4

、

草intmax(int,int);

函intmax(int,int,int);

数floatmax(float,float);

doublemax(double,double);

37

清华尢学出版社

C

1/******************************

+2

+*p4_7.cpp.

3

语*函数的重载'

4

言*******************************

程5

#include<iostream>

序6

设7usingnamespacestd;

计8intadd(intx,inty)----函数重载

教

9(

程

cout«"(int,int)\t";

10

returnx+y;

11

12)函数重载

第13doubleadd(doublex,doubley)

4

14(

、

草

15cout«"(double,double)\r；

函

16returnx+y;

数

17}____

18intadd(intx,doubley)"函数重载

19(

20cout«"(int,double)\tn;

21returnint(x+y);

}

清华尢学出版社

C

+21

+22

语

言23

程24

序25

设

计26voidmain()

教27

程

28cout«add(9,8)«endl;

重载函数的调用

29cout«add(9.0,8.0)«endl

30cout«add(9,8.0)«endTT

第

431cout«add(9.0,8)«endl;

、

草32)

函

数

运行结果：

(int,int)17

(double,double)17

(int,double)17

(double,int)17

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------^9

羽挈十学出版社

C

+

+4.5函数重载

语

言b注意:

程(1)各个重载函数的返回类型可以相同，也可以不同。但如果函数名相同、形参表也相

序同，仅仅是返回类型不同，则是非法的。在编译时会认为是语法错误。

设

计//C++无法区分这两个函数。因为在没有确定函数调用是对哪一个重载的函数之前,

教〃返回类型是不知道的。

程intadd(intil,inti2);

floatadd(intfl,intf2);

(2)确定对重载函数的哪个函数进行调用的过程称为绑定(binding),绑定的优先次序为

第精确匹配、对实参的类型向高类型转换后的匹配、实参类型向低类型及相容类型转换后

4的匹配。___________________________________________________________________

J55tL

早

〃将char型转换成int型，然后与add(int,int)绑定。

函add('A','A'+'O');

数〃函数实参向(double,double)转换,然后与add(double,double)绑定。

add(float(8),float(9));

〃实参类型为(longdouble,int),向低类型转化。

add(longdouble(8),9);

40

v=J>r^-^irIIL^L一)I

摩华嗟:字身破包

CP-：B,ff."Il/*rjr*-'：J»/AJs%TM*fJKJA-->「irr-C^l

+

+函数重载

语4.5

言绑定(匹配)二义性

程两个重载函数，编译器不知道进行哪种类型的转换，与哪个函数绑定，这

序种现象就叫绑定(匹配)二义性。

设

计消除这种二义性的办法有：

教①添加重载函数定义，使调用获得精确匹配。如：增加定义add(long

程double,int)

②将函数的实参进行强制类型的转换，使调用获得精确匹配。

例如：

第