C++学习开始就夭折系列:基本语法4

依然是 学习C++基础,本文让我们从函数开始。

函数

函数是一组一起执行一个任务的语句。每个 C++ 程序都至少有一个函数,即主函数 main() ,所有简单的程序都可以定义其他额外的函数。

函数的声明

函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。在函数声明中,参数的名称并不重要,只有参数的类型是必需的

return_type function_name( parameter list );

当在一个源文件中定义函数且在另一个文件中调用函数时,函数声明是必需的。此时,应该在调用函数的文件顶部声明函数。

函数的定义

C++ 中的函数定义的一般形式如下:

return_type function_name( parameter list ){  body of the function  }

在 C++ 中,函数由一个函数头和一个函数主体组成。下面列出一个函数的所有组成部分:

  • 返回类型:一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值,在这种情况下,return_type 是关键字 void
  • 函数名称:这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
  • 参数:参数就像是占位符。当函数被调用时,您向参数传递一个值,这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的,也就是说,函数可能不包含参数。
  • 函数主体:函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。

函数的调用

当程序调用函数时,程序控制权会转移给被调用的函数。被调用的函数执行已定义的任务,当函数的返回语句被执行时,或到达函数的结束括号时,会把程序控制权交还给主程序。

调用函数时,传递所需参数,如果函数返回一个值,则可以存储返回值。

函数的参数

形式参数就像函数内的其他局部变量,在进入函数时被创建,退出函数时被销毁。当调用函数时,有三种向函数传递参数的方式:

1. 传值调用

把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下,修改函数内的形式参数不会影响原实际参数。默认情况下,C++ 使用传值调用方法来传递参数。即:

void swap(int x, int y);

2.指针调用

向函数传递参数的指针调用方法,把参数的地址复制给形式参数。在函数内,该地址用于访问调用中要用到的实际参数。这意味着,修改形式参数会影响实际参数。即:

void swap(int *x, int *y);

3.引用传递

把引用的地址复制给形式参数。在函数内,该引用用于访问调用中要用到的实际参数。这意味着,修改形式参数会影响实际参数。比如swap:

// 函数定义
void swap(int &x, int &y)
{
   int temp = x; /* 保存地址 x 的值 */
   x = y;    /* 把 y 赋值给 x */
   y = temp; /* 把 x 赋值给 y  */ 
   return;
}

优化的 swap:

int swap(int& a, int& b)
{
    int temp = a ^ b;
    a = temp ^ a;
    b = temp ^ b;
    return 0;
}

利用了数异或的性质,一个数与其本身异或等于 0,0 与一个数异或不改变该数。

参数的默认值

定义函数时,可以为参数列表中每一个参数指定一个默认值(使用赋值运算符来为参数赋值)。当调用函数时,如果实际参数的值留空,则使用这个默认值;如果指定了值,则会忽略默认值,使用传递的值:

#include <iostream>
using namespace std;
 
int sum(int a, int b=20){return a+b;}

void main ()
{
   // 局部变量声明
   int a = 100,b = 200;
   // 调用函数来添加值
   cout << "Total value is :" << sum(a, b) << endl;
   // 再次调用函数
   cout << "Total value is :" << sum(a) << endl;
}

Lambda 函数与表达式

C++11 提供了对匿名函数的支持,称为 Lambda 函数与表达式。

Lambda 表达式把函数看作对象。Lambda 表达式可以像对象一样使用,比如可以将它们赋给变量和作为参数传递,还可以像函数一样对其求值。Lambda 表达式具体形式如下:

[capture](parameters)->return-type{ body }

举个例子:

[](int x, int y) -> int { int z = x + y; return z + x; }

一个临时的参数 z 被创建用来存储中间结果。如同一般的函数,z 的值不会保留到下一次该不具名函数再次被调用时。如果 lambda 函数没有返回值值(例如 void),则返回类型可被完全忽略。

在Lambda表达式内可以访问当前作用域的变量,这是Lambda表达式的闭包(Closure)行为。 这与JavaScript闭包不同,C++变量传递有传值和传引用的区别。可以通过前面的 [ ] 来指定:

[]      // 沒有定义任何变量。使用未定义变量会引发错误。
[x, &y] // x以传值方式传入(默认),y以引用方式传入。
[&]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以引用方式加以引用。
[=]     // 任何被使用到的外部变量都隐式地以传值方式加以引用。
[&, x]  // x显式地以传值方式加以引用。其余变量以引用方式加以引用。
[=, &z] // z显式地以引用方式加以引用。其余变量以传值方式加以引用。

注意:对于[=]或[&]的形式,lambda 表达式可以直接使用 this 指针。但是,对于[ ]的形式,如果要使用 this 指针,必须显式传入(在 [ ] 内写上this 指针):

//[capture](params){ body }
  [this]  ( ) { this-> someFunc();}();

数学运算

内置函数中有很多用于数学运算的函数,需要引用数学头文件 <cmath> 才能使用它们:

函数                               描述
double cos(double);    该函数返回弧度角(double 型)的余弦。
double sin(double); 该函数返回弧度角(double 型)的正弦。
double tan(double); 该函数返回弧度角(double 型)的正切。
double log(double); 该函数返回参数的自然对数。
double pow(double, double); 假设第一个参数为 x,第二个参数为 y,则该函数返回 x 的 y 次方。
double hypot(double, double); 该函数返回两个参数的平方总和的平方根,也就是说,参数为一个直角三角形的两个直角边,函数会返回斜边的长度。
double sqrt(double); 该函数返回参数的平方根。
int abs(int); 该函数返回整数的绝对值。
double fabs(double); 该函数返回任意一个浮点数的绝对值。
double floor(double); 该函数返回一个不大于传入参数的最大整数。

随机数

对于c++的随机数生成器,有两个相关的函数(需要引用头文件 stdlib.h )。一个是  int rand(void); ,该函数只返回一个伪随机数。生成随机数之前必须先调用 void srand(unsigned int seed); 函数来设置随机数的种子(种子相同时,每次执行程序时产生的随机数序列是一样的)。

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdlib>
using namespace std;

void main ()
{
   int i,randNum;
   // 设置种子
   // time() : time_t time(time_t *t),返回时间戳, 若参数 *t不为空,将返回值也存储在指针 t 指向的内存空间//
   srand( (unsigned)time( NULL ) );
   /* 生成 10 个随机数 */
   for( i = 0; i < 10; i++ ){ // 生成实际的随机数
      randNum= rand();
      cout <<"随机数: " << randNum << endl;
   }
}

数组

C++ 支持数组数据结构,它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合。数组的声明是声明一个数组变量,数组中的特定元素可以通过索引访问。所有的数组都是由连续的内存位置组成。最低的地址对应第一个元素,最高的地址对应最后一个元素。

声明数组

C++ 中声明一维数组,需要指定元素的类型和元素的数量,如下所示:

type arrayName [ arraySize ];

arraySize 必须是一个大于零的整数常量,type 可以是任意有效的 C++ 数据类型。

初始化数组

C++ 中,可以逐个初始化数组中的元素,也可以使用一个初始化语句:

double balance[5] = {1000.0, 2.0, 3.4, 7.0, 50.0};

大括号 { } 之间的值的数目不能大于我们在数组声明时在方括号 [ ] 中指定的元素数目。初始化的时候如果省略掉了数组的大小,数组的大小则为初始化时元素的个数。

访问数组

数组元素可以通过数组名称加索引进行访问。元素的索引是放在方括号内,跟在数组名称的后边。所有的数组都是以 0 作为它们第一个元素的索引,也被称为基索引,数组的最后一个索引是数组的总大小减去 1。以下是上面所讨论的数组的的m图形表示:

数组表示

多维数组

多维数组声明的一般形式如下:

type name[size1][size2]...[sizeN];

二维数组,在本质上,是一个一维数组的列表,其声明及初始化:

int a[2][3] = {  
 {0, 1, 2, 3} ,   /*  初始化索引号为 0 的行 */
 {4, 5, 6, 7} ,   /*  初始化索引号为 1 的行 */
};
//内部嵌套的括号是可选的,下面的初始化与上面是等同的
int a[2][3] = {0,1,2,3,4,5,6,7};

指向数组的指针

数组名是一个指向数组中第一个元素的常量指针。

double *p,balance[10];
p = balance;

balance 是一个指向 &balance[0] 的指针,即数组 balance 的第一个元素的地址。 把 p 赋值为 balance 的第一个元素的地址。使用数组名作为常量指针是合法的,反之亦然。因此,*(balance + 4) 是一种访问 balance[4] 数据的合法方式。注意:

1. *p+4 是指 p 是指向balance数组的首地址(&balance[0])的指针(&表示取地址),*p是对首地址的元素取值(*在赋值符号右边和表达式中表示取值),该值加4即为 balance[0] +4 

2. *(p+4)  是指 p 是指向balance数组的首地址(&balance[0])的指针(&表示取地址) ,  p+4表示地址加上4,*再对p+4取值,所以,*(p+4) 表示 balance[4] (第5个元素的值)。

C++ 中,将 char * 或 char[ ] 传递给 cout 进行输出,结果会是整个字符串,如果想要获得字符串的地址(第一个字符的内存地址),方法为:强制转化char * 为其他指针(void *,int *,float *, double *):

#include <iostream>
using namespace std;

const int MAX = 3; 
void main ()
{
   char  var[MAX] = {'a', 'b', 'c'};
   char  *ptr;
   // 指针中的数组地址
   ptr = var;       
   for (int i = 0; i < MAX; i++){
      cout << "Address of var[" << i << "] = " <<  (int *)ptr ;
      cout << "Value of var[" << i << "] = " << *ptr;
      // 移动到下一个位置
      ptr++;
   }
}

传递数组给函数

要在函数中传递一个数组作为参数,必须以下面三种方式来声明函数形式参数。这三种声明方式的结果是一样的,因为每种方式都会告诉编译器将要接收一个整型指针。

1. 形式参数是一个指针:

void myFunction(int *param) { body of function }

2. 形式参数是一个已定义大小的数组:

void myFunction(int param[]) { body of function }

3. 形式参数是一个未定义大小的数组:

void myFunction(int *param) { body of function }

从函数返回数组

要从函数返回一个一维数组,必须声明一个返回指针的函数,:

int * myFunction(){ body of function }

C++ 不支持在函数外返回局部变量的地址,除非为static 局部变量。示例(//从函数返回一个由10个随机数构成的数组):

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;
/* 要生成和返回随机数的函数 */
int * getRandom( ){
  static int  r[10];
  /* 设置种子 */
  srand( (unsigned)time( NULL ) );
  for (int i = 0; i < 10; i++){
     r[i] = rand();
     cout << "r[" << i << "] = " << r[i] << endl;
  }
  return r;
}
 
/* 要调用上面定义函数的主函数 */
void main ()
{
   /* 一个指向整数的指针 */
   int *p;
   p = getRandom();
   for (int i = 0; i < 10; i++ )
        cout << "*(p + " << i << ") : " << *(p + i) << endl ;
}
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