作者：寒小阳
时间：2013年8月。
出处：http://blog.csdn.net/han_xiaoyang/article/details/10539723。
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六、函数那些事
函数是C++/C 程序的基本功能单元，当然是笔试面试重点考察内容。函数接口的两个要素是参数和返回值。C 语言中，函数的参数和返回值的传递方式有两种：值传递（pass by value）和指针传递（pass by pointer）。C++语言中多了引用传递（passby reference）。函数的设计必须兼顾功能正确和细节合理。这里对函数的接口设计和内部实现提供了一些参考的规则，同时后面对指针传递和引用传递的差别进行了讨论。
6.1 关于函数参数
函数在设计时其参数的设计有以下一些参考规则：
1）参数的书写要完整，不要贪图省事只写参数的类型而省略参数名字。如果函数没有参数，则用void填充。
例如：
void SetValue(int width, int height); // 良好的风格
void SetValue(int, int); // 不良的风格
float GetValue(void); // 良好的风格
float GetValue(); // 不良的风格
2）参数命名要恰当，顺序要合理。
例如
void StringCopy(char *str1, char *str2);
就很难搞清楚究竟是把str1 拷贝到str2 中，还是刚好倒过来。
但是写成：
void StringCopy(char *strDestination，char *strSource);
就明了多了。
3）如果参数是指针，且仅作输入用，则应在类型前加cons t ，以防止该指针在函数体内被意外修改。
例如：
void StringCopy(char *strDestination，const char *strSource);
4）如果输入参数以值传递的方式传递对象，则宜改用“cons t & ”方式来传递，这样可以省去临时对象的构造和析构过程，从而提高效率。
5）避免函数有太多的参数，参数个数尽量控制在5 个以内。如果参数太多，在使用时容易将参数类型或顺序搞错。
6）尽量不要使用类型和数目不确定的参数。
所以建议大家不要使用C中int printf(const chat *format[, argument] …)形式的定义。
6.2 关于函数返回值
1）不要省略返回值的类型。如果函数没有返回值，那么应声明为void 类型。
2）函数名字与返回值类型在语义上不可冲突。
例如C中getchar原型是int getchar(void)，返回值是int 类型而不是char类型，但经常有人写出如下代码：
char c;
c = getchar();
if (c == EOF)
…
3）不要将正常值和错误标志混在一起返回。正常值用输出参数获得，而错误标志用return 语句返回。
我们在实际工作中，为了避免出现误解，我们应该将正常值和错误标志分开。即：正常值用输出参数获得，而错误标志用return 语句返回。例如上例中的getchar就是很好的例子。
4）有时候函数原本不需要返回值，但为了增加灵活性如支持链式表达，可以附加返回值。
例如字符串拷贝函数strcpy 的原型：
char *strcpy(char *strDest ，const char *strSrc);
strcpy 函数将strSrc 拷贝至输出参数strDest中，同时函数的返回值又是strDest。这样做并非多此一举，可以获得如下灵活性：
char str[20];
int length = strlen( strcpy(str, “Hello World ”) );
5）如果函数的返回值是一个对象，有些场合用“引用传递”替换“值传递”可以提高效率。而有些场合只能用“值传递”而不能用“引用传递”，否则会出错。这是一个笔试面试会遇到的知识点。具体举例说来如下：
-
class String -
{ … -
// 赋值函数 -
String & operate=(const String &other); -
// 相加函数，如果没有friend修饰则只许有一个右侧参数 -
friend String operate+( const String &s1, const String &s2); -
private: -
char *m_data; -
}
String 的赋值函数operate = 的实现如下：
-
String & String::operate=(const String &other) -
{ -
if (this == &other) -
return *this; -
delete m_data; -
m_data = new char[strlen(other.data)+1]; -
strcpy(m_data, other.data); -
return *this; // 返回的是 *this的引用，无需拷贝过程 -
}
对于赋值函数，应当用“引用传递”的方式返回St r i n g 对象。如果用“值传递”的方式，虽然功能仍然正确，但由于return 语句要把 *this拷贝到保存返回值的外部存储单元之中，增加了不必要的开销，降低了赋值函数的效率。例如：
-
String a,b,c; -
… -
a = b; // 如果用“值传递”，将产生一次 *this 拷贝 -
a = b = c; // 如果用“值传递”，将产生两次 *this 拷贝
String 的相加函数operate + 的实现如下：
-
String operate+(const String &s1, const String &s2) -
{ -
String temp; -
delete temp.data; // temp.data 是仅含‘\0 ’的字符串 -
temp.data = new char[strlen(s1.data) + strlen(s2.data) +1]; -
strcpy(temp.data, s1.data); -
strcat(temp.data, s2.data); -
return temp; -
}
对于相加函数，应当用“值传递”的方式返回St r i n g 对象。如果改用“引用传递”，那么函数返回值是一个指向局部对象te m p 的“引用”。由 于te m p 在函数结束时被自动销毁，将导致返回的“引用”无效。例如：
c = a + b;
此时 a + b 并不返回期望值，c 什么也得不到，流下了隐患。
6.3 关于函数内部实现
事实上，因为函数的功能不同，其内部实现一定是不同的，也无法指定一个统一的标准。这里所谓的内部实现的原则，主要是指的我们可以在函数体的“入口处”和“出口处”严格规范，提高函数的质量。
1）在函数体的“入口处”，对参数的有效性进行检查。我们应该充分理解并正确使用“断言”（assert）来防止非法输入参数。关于断言，后面会单独拿出一小节来说。
2）在函数体的“出口处”，对return 语句的正确性和效率进行检查。
出口处的return语句很容易导致函数出错或者效率低下。有以下几个注意点：
1.return 语句不可返回指向“栈内存”的“指针”或者“引用”，因为该内存在函数体结束时被自动销毁。例：
-
char * Func(void) -
{ -
char str[] = “ hello world ” ; // str 的内存位于栈上 -
… -
return str; // 将导致错误 -
}
2.要搞清楚返回的究竟是“值”、“指针”还是“引用”。
3.如果函数返回值是一个对象，要考虑 return 语句的效率。例如：
return String(s1 + s2);
这是临时对象的语法，表示“创建一个临时对象并返回它”。不要以为它与“先创 建一个局部对象tem p 并返回它的结果”是等价的，如
String temp(s1 + s2);
return temp;
实质不然，上述代码将发生三件事。首先，temp对象被创建，同时完成初始化； 然后拷贝构造函数把te mp拷贝到保存返回值的外部存储单元中；最后，te m p 在 函数结束时被销毁（调用析构函数）。然而“创建一个临时对象并返回它”的过程 是不同的，编译器直接把临时对象创建并初始化在外部存储单元中，省去了拷贝和 析构的化费，提高了效率。
类似地，我们不要将
return int(x + y); // 创建一个临时变量并返回它
写成
int temp = x + y;
return temp;
由于内部数据类型如int , float,double 的变量不存在构造函数与析构函数，虽然该 “临时变量的语法”不会提高多少效率，但是程序更加简洁易读。
6.4 其他关于函数的建议
1）函数的功能要单一，不要设计多用途的函数。
2）尽量避免函数带有“记忆”功能。相同的输入应当产生相同的输出。再通俗一点说，尽量少使用static变量。
3）仅要检查输入参数的有效性，还要检查通过其它途径进入函数体内的变量的有效性，例如全局变量、文件句柄等。
4）用于出错处理的返回值一定要清楚，让使用者不容易忽视或误解错误情况。
6.5 关于断言
前面提到了在函数的入口处，要使用断言判断输入参数的合法性，那这里专门拿出一节来谈谈断言。断言assert 是仅在Debug 版本起作用的宏，它用于检查“不应该”发生的情况。在运行过程中，如果assert 的参数为假，那么程序就会中止（一般地还会出现提示对话，说明在什么地方引发了assert）。
assert 不是一个仓促拼凑起来的宏。为了不在程序的Debug 版本和Rele as e 版本引起差别，assert 不应该产生任何副作用。所以assert 不是函数，而是宏。程序员可以把assert看成一个在任何系统状态下都可以安全使用的无害测试手段。如果程序在asse rt 处终止了，并不是说含有该assert 的函数有错误，而是调用者出了差错，assert 可以帮助我们找到发生错误的原因。
关于断言，也有以下一些建议：
1）使用断言捕捉不应该发生的非法情况。不要混淆非法情况与错误情况之间的区别，后者是必然存在的并且是一定要作出处理的。
2）在函数的入口处，使用断言检查参数的有效性（合法性）。
3）在编写函数时，要进行反复的考查，并且自问：“我打算做哪些假定？”一旦确定了的假定，就要使用断言对假定进行检查。
4）一般教科书都鼓励程序员们进行防错设计，但要记住这种编程风格可能会隐瞒错误。当进行防错设计时，如果“不可能发生”的事情的确发生了，则要使用断言进行报警。
6.5 关于引用和指针
这个绝对是笔试面试爱考察的重点之一。尤其是应聘C++的职位，多少会被问到这个问题。引用是C++ 中的概念，初学者容易把引用和指针混淆一起。例如定义n 为m 的一个引用（reference）。
int m;
int &n = m;
n 相当于m 的别名（绰号），对 n 的任何操作就是对m 的操作。所以n 既不是m 的拷贝，也不是指向m 的指针，其实n 就是m 它自己。
关于引用有一些非常重要的规则，如下：
1）引用被创建的同时必须被初始化（指针则可以在任何时候被初始化）。
2）不能有NULL引用，引用必须与合法的存储单元关联（指针则可以是NULL）。
3）一旦引用被初始化，就不能改变引用的关系（指针则可以随时改变所指的对象）。
C++ 语言中，函数的参数和返回值的传递方式有三种：值传递、指针传递和引用传递。这里再提一下这三种方式吧。
下面是“值传递”的一个例子，由于Func1函数体内的x 是外部变量n 的一份拷贝，改变x 的值不会影响n, 所以n的值仍然是0。
-
void Func1(int x) -
{ -
x = x + 10; -
} -
… -
int n = 0; -
Func1(n); -
cout << “n = ” << n << endl; // n = 0
以下是“指针传递”的一个例子。由于Func2函数体内的x 是指向外部变量n 的指针，改变该指针的内容将导致n 的值改变，所以n 的值成为10。
-
void Func2(int *x) -
{ -
(* x) = (* x) + 10; -
} -
… -
int n = 0; -
Func2(&n); -
cout << “n = ” << n << endl; // n = 10
以下是“引用传递”的示例程序。由于Func3函数体内的x 是外部变量n 的引用，x和n 是同一个东西，改变x 等于改变n ，所以n 的值成为10。
-
void Func3(int &x) -
{ -
x = x + 10; -
} -
… -
int n = 0; -
Func3(n); -
cout << “n = ” << n << endl; // n = 10
在上述例子中，你可能会产生一种感觉，“引用”可以做的任何事情“指针”也都能够做，为什么还要“引用”这东西？
答案是“用适当的工具做恰如其分的工作”。
指针能够毫无约束地操作内存中的如何东西，尽管指针功能强大，但是非常危险。就象一把刀，它可以用来砍树、裁纸、修指甲、理发等等，谁敢这样用？ 如果的确只需要借用一下某个对象的“别名”，那么就用“引用”，而不要用“指针”，以免发生意外。比如说，人需要一份证明，本来在文件上盖上公章的印子就行了，如果把取公章的钥匙交给他，那么他就获得了不该有的权利。
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