第5章函数
引言
在程序设计过程中,如果程序的功能比较多,规模比较大,把所有代码都写在主函数中,
会使得主函数变得庞杂、逻辑不清,阅读和维护变得困难。在程序中,如果要多次实现某一
特定功能,需要多次重复编写实现此功能的程序代码,就会使得程序冗长、不精炼。解决的
办法就是采用模块化编程,即函数实现。函数是程序设计中具有独立功能的一段程序,是程
序的主要组成部分。C++程序由一个主函数和若干其他函数构成,主函数可以调用其他函
数,其他函数也可以互相调用。
学习目标
.了解:函数的作用;内存模型。
.熟悉:函数的定义、声明与调用;函数的嵌套调用与递归调用;作用域和存储类别。
.掌握:函数的编制方法;函数重载、内联函数和带默认值函数的特点。
课程思政
团队教育:通过函数模块化编程思想引入团队教育,讲解团队的重要性以及如何组建、
分工与协作,培养学生的团队精神和协作能力。
5.函数的定义与调用
1
5.1
函数概述
函数的定1.
义与声明
模块化程序设计就是把一个复杂问题分解成多个模块,每个模块独立完成一定的功能,
主程序按照问题求解算法调用这些模块。模块可以通过函数实现,这样主程序更加简洁,逻
辑思路更加清晰。C++是模块化编程语言。在面向过程程序设计中,模块就是函数;在面
向对象程序设计中,模块就是类,类里面再包括成员函数。函数的好处是,用户无须知道被
调用函数内部是如何实现的,直接调用函数实现相应功能,从而简化了用户的编程。
当启动一个C++程序时,从main() 函数开始执行。main() 函数可以调用其他函数,被
调用函数执行完成后再返回main() 函数,最后由main() 函数返回以结束程序。一般情况
下main() 函数不允许被其他函数调用。一个C+
+
程序可由多个源文件组成,但有且仅有
一个main() 函数。
1.
系统函数和用户自定义函数
从函数定义的角度看,可分为系统函数和用户自定义函数两类。
(1)系统函数是C+
+
编译系统、操作系统或其他系统为方便用户编程而预定义的函
数。这些函数在特定的头文件中都有原型说明。例如,am 头文件包含了一组处理输
iostre
95
入输出的对象和函数;cmath包含了一组数学计算的函数,如求绝对值的函数abs()、求平方
根的函数sqrt()。用户只需在程序前包含这些头文件,就可以在下面的代码中直接调用这
些函数。
(2)用户自定义函数是用户根据问题求解的需要自己编写的函数。这类函数往往功能
独特,使用范围比较有限,例如例5.1中的SumAbs()、PrintStars()函数。自定义函数是程
序设计最常见的方法,算法实现主要就是函数设计。
2.有返回值的函数和无返回值的函数
根据函数返回的结果,可分为有返回值和无返回值两类。
(1)有返回值的函数被调用执行完后将向调用者返回一个执行结果,称为函数返回值。
数学函数即属于此类函数,如求绝对值的函数abs()。由用户定义的有返回值的函数,必须
在函数定义和函数声明中明确返回值的类型。
(2)无返回值的函数用于完成某项特定的处理任务,执行完成后不向调用者返回函数
值。这类函数类似于其他语言的过程。由于函数无须返回函数值,用户在定义此类函数时
可指定它的返回为空类型,空类型的说明符为void。例如,PrintStars()函数实现打印星号
功能,无返回值。
3.无参函数和有参函数
从主调函数和被调函数之间数据传送的角度看,又可分为无参函数和有参函数。
(1)无参函数是指函数定义、函数声明及函数调用中均不带参数。主调函数和被调函
数之间不进行参数传送。此类函数通常用来完成一组指定的功能,可以返回或不返回函数
值,如PrintStars()函数。
(2)有参函数也称为带参函数。在函数定义及函数声明时都有参数,简称形参,称为形
式参数。在函数调用时也必须给出参数,称为实际参数,简称实参。进行函数调用时,主调
函数将把实参的值传送给形参,供被调函数使用,如SumAbs()函数。
【例5.1】 函数实例。
#include<iostream>
using namespace std;
#include<cmath> //包含若干数学函数的头文件
int SumAbs(int num1, int num2) //用户自定义函数,求两数绝对值之和
{
int n1, n2, sum;
n1 = abs(num1); //系统定义的函数,获取绝对值
n2 = abs(num2);
sum = n1 + n2;
return sum;
}v
oid PrintStars() //用户自定义函数,打印星号
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
cout << '*';
}
cout << endl;
96
}i
nt main() //主函数
{
int num1, num2;
PrintStars(); //函数调用,打印星号
cout << "请输入任意两个数:";
cin >> num1 >> num2;
cout << "两数的绝对值之和为:" << SumAbs(num1, num2) << endl;
//函数调用,求两数绝对值之和
PrintStars(); //函数调用,打印星号
}
程序执行结果如下:
**********
请输入任意两个数:-10 20
两数的绝对值之和为:30
**********
在本例中,abs是系统定义的绝对值函数,可以直接调用,但是需要使用语句#include
<cmath>将相应的头文件包含进来。用户自定义了有参数和返回值的SumAbs函数,实
现求两个数的绝对值之和,定义了无参数和返回值的PrintStars函数,打印一行星号。
5.1.2 函数的定义
在C++程序中用到的函数必须先定义后使用。函数定义的语法格式如下:
函数类型 函数名(形参表)
{
函数体
}
一个函数定义由两部分组成:函数头和函数体。函数头包括函数类型(即返回值类
型)、函数名以及形参表,确定了该函数的语义功能。函数体为函数提供一种实现方式,用一
对花括号括起来,由一组语句组成,确定了该函数执行时的具体操作。
【例5.2】 用户自定义函数Max和Welcome,分别实现求两个数中的较大数和显示欢
迎信息的功能。
#include<iostream>
using namespace std;
int Max(int num1, int num2) //有参数和返回值的函数,求两个整数中的较大数
{
return num1 > num2 ? num1 : num2;
}v
oid Welcome() //无参数和返回值的函数,显示欢迎信息
{
string name;
cout << "请输入您的名字:";
cin >> name;
cout << name << ",欢迎您!";
97
return;
}i
nt main() //主函数
{
int num1, num2;
cout << "请输入任意两个数:";
cin >> num1 >> num2;
cout << "两个数中的较大数为:" << Max(num1, num2) << endl; //函数调用,求较大数
Welcome(); //函数调用,显示欢迎信息
return 1;
}
程序执行结果如下:
请输入任意两个数:10 20
两个数中的较大数为:20
请输入您的名字:阿强
阿强,欢迎您!
说明:
(1)函数类型指该函数结束执行时要返回结果的数据类型。若不需要返回值可以写为
void。
(2)函数名是用户自定义的名称,要符合C++标识符的命名规则。
(3)形参表指调用该函数时向它传递的数据,分别对形式参数进行定义,参数之间用逗
号进行间隔。例5.2中的Max()函数定义了num1和num2两个形式参数。
(4)函数体指函数所要完成的功能。函数体包括变量声明部分和执行语句部分。
(5)函数定义中的一对花括号不能省略,它用于指明函数体的开始和结束。
(6)当函数有返回值时,如Max()函数,在函数体中至少应有一条return语句,函数返
回值就是return后面表达式的值。当函数没有返回值时,如Welcome()函数,可以写为
return;或者省略return语句。
5.1.3 函数的调用
一个函数被定义后,通过被其他函数调用实现该函数的功能。对于一个函数,只有被调
用时,其函数体才能执行。一个函数调用就是确定一个函数名并提供相应的实参,然后开始
执行其函数体中的语句。当函数体执行结束时,函数调用就得到了一个值,返回给调用方。
1.函数调用的形式
函数调用的形式如下:
函数名(实参表)
函数名是已定义的一个函数的名字;实参表由零个、一个或多个实参构成。如果是调用
无参函数,实参表为空,但圆括号不能省。在实参表中,每个实参都是一个表达式。实参表
中的实参与被调用函数的形参表中的形参要求在个数、类型、顺序上一致。在函数调用过程
中,先计算各实参的值,再赋给对应的形参,最后再启动执行函数体。
2.函数调用的方式
按函数调用在语句中的作用划分,有3种函数调用方式。
98
(1)语句调用。是指函数调用作为一条语句单独出现,通过加上一个分号构成一条语
句。其调用格式为
函数名(实参表);
例如,在例5.2中:
Welcome();
Sum(10, 20);
都是函数调用语句。这种调用方式忽略了函数的返回值。对于无返回值的函数调用,就只
能用这种调用方式;对于有返回值的函数调用,也能如此调用,只是忽略了返回值。但是,如
果返回值比较重要,如此调用就失去了意义。
(2)表达式调用。是指函数调用作为一个表达式出现。其调用格式为
变量名=函数名(实参表);
或者
cout<<函数名(实参表);
函数调用本身就是一个表达式,也具有特定的返回值类型,因此函数调用可出现在表达
式中,以函数返回值参与表达式的计算。这种方式要求函数有返回值,而不能是void。
例如:
max = Max(num1, num2); //把Max 函数的返回值赋予变量max
cout<<Max(num1, num2); //输出Max 函数的返回值
(3)参数调用。是指一个函数调用作为另一个函数调用的实参。这种情况是把前者的
返回值作为后者的实参,因此要求前者必须是有返回值的。例如:
max = Max(Max(num1, num2), num3);
把Max函数调用的返回值又作为Max函数的实参,求出num1、num2、num3的最大
值。此时将返回值作为实参的内层Max函数调用要先执行,返回的结果作为外层Max函
数调用的实参值,再次调用Max函数执行。
5.1.4 函数的声明
在编写较大规模的模块化程序时,因为程序中的函数定义较多,占用很多代码行,对整
个程序的可读性会产生一定的影响。为了避免这种情况,可对函数先声明,后给出定义。函
数声明又称函数原型说明,用来告诉编译器函数的名称、返回值类型以及函数要接收的参数
个数、类型和顺序,编译器用函数原型验证函数调用。
一个完整的函数定义包含一个函数头和一个函数体。其中函数头就是函数原型,包括
函数的名称、形参及返回值。函数原型说明的语法格式为
函数类型 函数名(参数表);
函数原型说明由函数类型、函数名和参数列表组成。参数表与函数定义中的参数表在参
数个数、顺序和类型上应一致。在函数原型说明中可以不给出参数名,只给出类型。例5.2的
程序可改写如下:
99
#include<iostream>
using namespace std;
int Max(int, int); //函数原型说明
void Welcome(); //函数原型说明
int main()
{
int num1, num2;
cout << "请输入任意两个数:";
cin >> num1 >> num2;
cout << "两个数中的较大数为:" << Max(num1, num2) << endl; //函数调用
Welcome(); //函数调用
return 1;
}i
nt Max(int num1, int num2) //函数的定义
{
return num1 > num2 ? num1 : num2;
}v
oid Welcome() //函数的定义
{
string name;
cout << "请输入您的名字:";
cin >> name;
cout << name << ",欢迎您!";
return;
}
函数的定义是平行的,不能嵌套定义,但可以嵌套调用。主函数main和最大值函数
Max地位是平行的。主函数要调用Max函数,因此需要在主函数调用Max函数前,对Max
函数进行函数原型说明,原型说明用于对调用的函数与函数的定义进行对照检查。
一个函数只能定义一次,但函数原型说明可以在程序中多次出现。先说明函数原型,使
下面的代码能调用该函数,检查函数调用是否符合语法规则。函数的完整定义可以放在本
源程序的后面、另一个源程序中或者编译后的库文件中。在C++中,一般将main函数放在
最前面,因为它通常提供了程序的整体结构;而将函数的完整定义放在后面。这样,程序的
结构就更加清晰。
对于一组通用的函数,如果希望它能被更多的用户在更多的程序中调用,但又不能公开
源代码而被人篡改,也不想反复编译而浪费时间,可将这些函数原型说明放在一个头文件
(扩展名为.h)中,相应的函数定义放在其他源文件中,再将这些源文件编译为库文件,最后
将头文件和库文件公开给他人使用。就像使用cmath头文件中的abs函数一样,先用#
include<cmath>说明函数原型,然后就能调用其中的abs函数了。
5.2 函数参数与函数返回
5.2.1 函数参数
在调用函数时,大多数情况下,主调函数和被调函数之间有数据传递关系,这就是前面
提到的有参数的函数形式。函数参数的作用是传递数据给函数,使函数利用接收的数据进
100
行相应的操作。
1.形式参数与实际参数
在定义函数时,把函数括号中的变量名称为形式参数,简称形参。在函数调用时,传递
给函数的值将被复制到这些形参中。
在调用函数时,把函数括号中的参数称为实际参数,简称实参。实参是指在调用函数时
函数的调用者提供给函数形参的实际值。实参可以为常量、变量和表达式。
函数的形参和实参具有以下特点:
(1)形参只有在被调用时才分配存储单元,在调用结束时即刻释放其占用的存储单元。
因此,形参只在函数内部有效,函数调用结束返回主调函数后则不能再使用该形参变量。
(2)实参可以是常量、变量、表达式、函数等。无论实参是何种类型的量,在进行函数调
用时,它们都必须具有确定的值,以便把这些值传送给形参。因此应预先用赋值、输入等办
法使实参获得确定值。
(3)实参和形参在个数、类型和顺序上应严格一致,否则会发生类型不匹配的错误。
(4)函数调用中发生的数据传递是单向的。即只能把实参的值传递给形参,而不能把
形参的值反向地传递给实参。因此,在函数调用过程中,形参的值发生改变,而实参的值不
会改变。
【例5.3】 求两个整数的和。
#include<iostream>
using namespace std;
int Sum(int, int); //函数原型说明
int main()
{
int n1, n2;
cout << "请输入任意两个整数:";
cin >> n1 >> n2;
cout << Sum(n1, n2); //函数调用,n1 和n2 为实参
cout << Sum(10, 2*10); //函数调用,10 和2*10 为实参
}i
nt Sum(int num1, int num2) //函数的定义,num1 和num2 为形参
{
return num1 + num2;
}
程序执行结果如下:
请输入任意两个数:10 20
两个数中的较大数为:20
请输入您的名字:阿强
阿强,欢迎您!
在定义函数时,num1和num2为形参。在调用函数时,变量n1和n2、常数10和表达
式2*10是实参。函数调用时,实参的值被复制给形参,在函数体内进行运算。
在C++中,函数调用中要求形参和实参要一一对应。在函数调用时,系统为形参分配
存储空间,并将实参的值传递给形参。在函数调用过程中,参数的传递方式有3种:值传
递、地址传递和引用传递。下面介绍值传递和地址传递,引用传递将在6.5.2节详细讲解。
101
2.值传递
值传递是参数传递数据最常用的方式。值传递的特点是单向传递,即主调函数调用被调
函数时给形参分配存储单元,把实参的值传递给形参;在调用结束后,形参的存储单元被释放,
而形参值的任何变化都不会影响到实参的值,实参的存储单元仍保留并维持其值不变。
【例5.4】 编写Swap函数,实现两个整数的互换。
#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int, int);
int main()
{
int n1 = 10;
int n2 = 20;
cout << "交换前,main 函数中:n1=" << n1 << " n2=" << n2 << endl;
Swap(n1, n2); //值传递,实参复制一个副本给形参
//形参值的改变不会影响对应实参的值
cout << "交换后,main 函数中:n1=" << n1 << " n2=" << n2 << endl;
return 1;
}v
oid Swap(int num1, int num2)
{
cout << "Swap 函数中,交换前:num1=" << num1 << " num2=" << num2 << endl;
int temp = num1;
num1 = num2;
num2 = temp;
//形参值发生了改变
cout << "Swap 函数中,交换后:num1=" << num1 << " num2=" << num2 << endl;
}
程序执行结果如下:
交换前,main 函数中:n1=10 n2=20
Swap 函数中,交换前:num1=10 num2=20
Swap 函数中,交换后:num1=20 num2=10
交换后,main 函数中:n1=10 n2=20
main函数调用Swap函数时,实参n1、n2的值传递给形参num1、num2。在Swap函数
中,形参num1和num2的值进行交换,但main函数中实参n1和n2的值并没有改变。
在本例中,Swap函数没有真正实现两数的互换。如果要实现这个功能,就需要使用下
面的地址传递这种方式。
3.地址传递
地址传递是指形参接收到的是实参的地址,即指向实参的存储单元,形参和实参占用相
同的存储单元,因此形参和实参是相同的。在以数组名或指针作为函数参数时进行的传递
就是地址传递。形参在取得该地址之后,与实参共同拥有一段内存空间,形参的变化也就是
实参的变化。将例5.4的值传递改为地址传递,就可以真正地实现两数的互换。
【例5.5】 编写Swap函数,通过地址传递实现两个整数的互换。
#include<iostream>
using namespace std;
102
void Swap(int*, int*);
int main()
{
int n1 = 10;
int n2 = 20;
cout << "交换前,main 函数中:n1=" << n1 << " n2=" << n2 << endl;
Swap(&n1, &n2); //地址传递,实参将自己的地址传递给形参
cout << "交换后,main 函数中:n1=" << n1 << " n2=" << n2 << endl;
return 1;
}v
oid Swap(int* num1, int* num2) //形参定义为指针,接收实参传递的地址
{
int temp = *num1;
*num1 = *num2;
*num2 = temp;
}
程序执行结果如下:
交换前,main 函数中:n1=10 n2=20
交换后,main 函数中:n1=20 n2=10
num1、num2被定义为指针变量(指针在第6章详细讲解),main函数调用Swap函数
时,将实参n1、n2的地址传递给形参。这样,形参num1和num2分别指向实参n1和n2,从
而就可以改变n1和n2的值。
5.2.2 函数返回
主调函数和被调函数具有严格的控制与被控制的关系。当主调函数调用被调函数后,
主调函数处于等待状态,转而执行被调函数;当被调函行结束后,必须返回主调函数,主调函
数才能从等待处继续执行。
被调函数通过return语句返回主调函数,其功能包括:①结束被调函数的执行,返回主
调函数;②在结束被调函数时,可以将返回值传递给主调函数。
1.有返回值的函数
如果函数定义时确定了返回值的类型,那么被调函数执行完后要向主调函数返回一个
结果,就是函数返回值。返回值的类型就是该函数的类型。函数的返回值只能通过return
语句返回主调函数。return语句的一般形式为
return 表达式;
或者
return (表达式);
【例5.6】 编写判断一个整数是否为素数的函数,实现输出100~200的素数,每行输出
8个数,最后输出这些素数的和。
#include<iostream>
using namespace std;
int IsPrime(int n);
int main()
103
{
int count = 0; //控制每行素数的输出数量
int sum = 0; //100~200 的素数和
cout << "100~200 的素数:" << endl;
for (int i = 100; i <= 200; i++)
if (IsPrime(i))
{
sum = sum + i;
cout << i << " ";
if (++count % 8 == 0)
cout << endl;
}
cout << endl;
cout << "100~200 的素数之和为:" << sum;
return 0;
}i
nt IsPrime(int n) //定义函数,判断一个整数是否为素数
{
int i;
for (i = 2; i < n; i++)
if (n % i == 0) return 0; //不是素数,返回值为0
return 1; //是素数,返回值为1
}
程序执行结果如下:
100~200 的素数:
101 103 107 109 113 127 131 137
139 149 151 157 163 167 173 179
181 191 193 197 199
100~200 的素数之和为:3167
说明:
(1)return语句将被调函数中的一个确定值带回主调函数中。
(2)若需要从被调函数带回一个值供主调函数使用,被调函数必须包含return语句。
(3)一个函数体中可以有一个以上的return语句,执行到哪一个return语句,哪一个
就起作用。return语句后面的括号可以不要。例如,return0;等价于return(0);。
(4)return后的值可以是一个表达式。
(5)在定义函数时,函数类型一般应和return语句中的表达式类型一致。如果两者不
一致,则以函数类型为准。对数值型数据可以自动进行类型转换。
2.无返回值的函数
如果函数定义时确定返回void,那么该函数的调用执行完成后将不会返回任何值。例
如,setw(6)是一个函数调用,它的执行不会返回值,所以只能进行单独语句调用,而不能直
接参与表达式计算。注意,无返回值并不意味着函数执行没有结果。一个函数的计算结果
可能作用在函数之外的数据上,而不一定要返回。