函數(shù)基礎

1. 函數(shù)定義：返回類型、函數(shù)名、0個或多個形參組成的列表、函數(shù)體。
   • 形參以逗號隔開。
   • 形參列表位于一對圓括號內(nèi)。
2. 函數(shù)執(zhí)行：調(diào)用運算符。
   • 調(diào)用運算符作用于函數(shù)或指向函數(shù)的指針。
   • 圓括號內(nèi)為一個用逗號隔開的實參列表，用于對形參進行初始化。
   • 調(diào)用表達式的類型即為函數(shù)的返回類型。
3. 函數(shù)調(diào)用過程中，完成兩項工作：
   • 用實參初始化對應的形參。
   • 將程序控制權轉(zhuǎn)移給被調(diào)用函數(shù)。
4. 形參與實參：
   • 實參的求值順序未被規(guī)定。
   • 初始化過程中，實參應與形參類型關聯(lián)。
5. 函數(shù)的形參列表：
   • 形參列表可為空。
   • 任意兩個形參不可同名，且不能與函數(shù)最外層作用域中的局部變量同名。
   • 形參可以不命名，用來表示該形參在函數(shù)中不被使用，但此操作不影響實參個數(shù)。
6. 函數(shù)的返回值：
   • 可為void。
   • 不可以是數(shù)組或函數(shù)，但可以是指向數(shù)組和指向函數(shù)的指針。
7. 局部靜態(tài)對象：在程序的執(zhí)行路徑第一次經(jīng)過對象定義語句時初始化，直到程序終止時被銷毀。
   • 在類型聲明前使用static關鍵字。
   • 局部靜態(tài)變量沒有顯式的初始值時，初始化為0。
8. 函數(shù)聲明：可以聲明多次，但只能定義一次。
   • 函數(shù)聲明應該在頭文件中，且源文件應包含頭文件。

參數(shù)傳遞

1. 調(diào)用類型：根據(jù)形參是否為引用分為引用傳遞（傳引用調(diào)用）和值傳遞（傳值調(diào)用）。
2. 參數(shù)類型：
   • 傳值參數(shù)：初始值被拷貝給變量，此時對變量的改動不會影響初始值。
   • 指針形參：可以通過指針間接訪問其所指的對象。
   • 傳引用參數(shù)：形參與實參綁定，函數(shù)可以通過改變形參來間接改變實參。
   • 使用引用，避免拷貝，更加高效。（無需修改參數(shù)時，使用常量引用）
   • 使用引用參數(shù)可以返回額外信息。
3. const類型的形參與實參：實參初始化形參時會忽略頂層const限制。

//需要注意：
void func(const int i);  //func能夠讀取i，但不能向i寫值。
void func(int i);  //由于頂層const被忽略，此處屬于重復定義。

• 盡量將函數(shù)不會改變的形參定義為常量引用。

4. 數(shù)組形參：為函數(shù)傳遞一個數(shù)組時，實際上傳遞的是指向數(shù)組首元素的指針。
5. 為函數(shù)提供數(shù)組尺寸信息的方法：
   • 使用標記指定數(shù)組長度：C風格字符串中的結(jié)束符。
   • 使用標準庫規(guī)范：傳遞指向數(shù)組首元素和尾后元素的指針（begin、end函數(shù)）。
   • 顯示傳遞一個表示數(shù)組大小的形參：size_t類型。
6. 數(shù)組引用形參：形參可以是數(shù)組的引用。
7. 多維數(shù)組：數(shù)組第二維（以及后面所有維度）的大小都是數(shù)組類型的一部分，不能省略。
8. 含有可變數(shù)目形參的函數(shù)：如果實參類型相同，可傳遞名為initializer_list的標準庫類型；如果實參類型不同，則使用可變參數(shù)模板（后續(xù)介紹）。
9. initializer_list可提供的操作：

initializer_list<T> lst;  //默認初始化，T類型元素的空列表。
initializer_list<T> lst{a, b, c...};  //lst元素數(shù)量與初始值一樣多，lst的元素是對應初始值的副本，列表中元素為const。
lst2(lst);
lst2 = lst;  //拷貝或賦值一個initializer_list對象不會拷貝列表中的元素，拷貝后，原始列表和副本共享元素。
lst.size();  //列表中的元素數(shù)量。
lst.begin();  //返回指向lst首元素的指針。
lst.end();  //返回指向lst尾后元素的指針。

//Example
void error_msg(initializer_list<string> il);
//調(diào)用形式
if(expected != actual)
  error_msg({"functionX", expected, actual});
else
  error_msg({"functionX", "Okay"});

返回類型和return語句

1. return語句形式：
   • return ;
   • return expression ;
2. 無返回值函數(shù)：無返回值的return語句只能用在返回類型是void的函數(shù)中。
   • 無返回值的函數(shù)不要求一定return語句，函數(shù)會隱式執(zhí)行。
   • 使用有返回值的return語句時，要求expression必須是另一個返回值為void的函數(shù)，強行令void函數(shù)返回其他類型的表達式將引發(fā)編譯錯誤。
3. 有返回值函數(shù)：
   • 非void的函數(shù)必須返回一個值。
   • 未返回值便結(jié)束函數(shù)執(zhí)行將引發(fā)未定義行為。
4. 返回的之用于初始化調(diào)用點的一個臨時量，該臨時量即為函數(shù)調(diào)用的結(jié)果。
   • 不要返回局部對象的引用或指針。
   • 返回引用的函數(shù)將返回左值，但只有返回非常量引用時才可對其賦值。
5. 函數(shù)可以返回花括號包圍的值的列表。
6. 返回值為int的main()函數(shù)可以沒有return語句，編譯器將隱式插入return 0;。
   • main()函數(shù)返回0值表示執(zhí)行成功，其他值表示執(zhí)行失敗。
7. 遞歸：函數(shù)調(diào)用自身。
8. 返回數(shù)組指針方法：
   • 使用類型別名。
   • Type (*function(parameter_list))[dimension]。
   • 使用尾置返回類型：auto function(parameter_list) -> Type(*)[dimension]
   • 已知返回的指針將指向哪一個數(shù)組時，使用decltype。

int odd[] = {1, 3, 5, 7, 9};
int even[] = {2, 4, 6, 8, 10};
decltype(odd)  *arrPtr(int i)  //decltype并不會將數(shù)組類型轉(zhuǎn)化為對應的指針，所以聲明中需要加*符號。
{
  return (i % 2) ? &odd : &even;
}

函數(shù)重載

1. 重載函數(shù)的形參數(shù)量、形參類型應有所不同，返回值類型不同不能作為重載函數(shù)。
2. 函數(shù)重載時，形參的頂層const屬性會被忽略，但底層const屬性不會被忽略。
3. const_cast在函數(shù)重載中的應用：

//比較兩個string的長度，返回較短者的引用
const string &shorterString(const string &s1, const string &s2)
{
  return s1.size() <= s2.size() ? s1 : s2;
}
//要求在實參不是常量時，得到普通引用
string &shorterString(string &s1, string &s2)
{
  auto &r = shorterString(const_cast<const string&>(s1), const_cast<string &>(s2));
  return const_cast<string &>(r);
}

4. 調(diào)用重載函數(shù)時的可能結(jié)果：最佳匹配，無匹配，二義性調(diào)用。

特殊用途語言特性

1. 默認實參：
   • 一旦某個形參被賦予默認值，其后出現(xiàn)的所有形參均應該有默認值（合理設置形參順序）。
   • 給定作用域內(nèi)，在函數(shù)的多次聲明中，一個形參只能被賦予一次默認實參。
   • 局部變量不能作為默認實參。

string screen(sz, sz, char = ' ');
string screen(sz, sz, char = '*');  //False
string screen(sz = 24, sz = 80, char);  //True

2. 內(nèi)聯(lián)函數(shù)：返回類型前加上inline關鍵字，聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)，減少調(diào)用開銷。
   • 適用于規(guī)模較小、流程直接、頻繁調(diào)用的函數(shù)。
   • 內(nèi)聯(lián)只是向編譯器發(fā)送的一個請求，編譯器可以忽略此請求。
3. constexpr函數(shù)：
   • 函數(shù)的返回類型及所有形參的類型均應為字面值類型。
   • 函數(shù)體中有且只有一條return語句。
   • 編譯器將constexpr函數(shù)隱式指定為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
   • 允許constexpr函數(shù)的返回值為非常量。
4. 內(nèi)聯(lián)函數(shù)和constexpr函數(shù)一般放在頭文件內(nèi)。
5. 調(diào)試幫助：
   • assert預處理宏：assert(expr)，expr為0時，assert輸出信息并終止程序執(zhí)行，expr非0時，不執(zhí)行操作。
   • NDEBUG預處理變量：如果定義了NDEBUG，則assert不執(zhí)行任何操作。
   • _ _func_ _：當前調(diào)試的函數(shù)名字。
   • _ _FILE_ _：存放文件名的字符串字面值。
   • _ _LINE_ _：存放當前行號的整型字面值。
   • _ _TIME_ _：存放文件編譯時間的字符串字面值。
   • _ _DATE_ _：存放文件編譯日期的字符串字面值。

函數(shù)匹配

//Example
void f();  //(1)
void f(int);  //(2)
void f(int, int);  //(3)
void f(double, double = 3.14);  //(4)

1. 確定候選函數(shù)和可行函數(shù)：
   • 候選函數(shù)：重載函數(shù)集，需與被調(diào)用函數(shù)同名且其聲明在調(diào)用點可見。
   • 可行函數(shù)：可被調(diào)用這組實參調(diào)用的函數(shù)，要求形參數(shù)量與本次調(diào)用提供的實參數(shù)量相同，且類型相關。
2. 尋找最佳匹配：
   • 實參類型與形參類型越接近，匹配越好。
   • 含有多個形參的函數(shù)最佳匹配需要滿足該函數(shù)的每個實參的匹配都不劣于其它可行函數(shù)需要的匹配，且至少有一個實參的匹配優(yōu)于其它可行函數(shù)提供的匹配。
3. 調(diào)用錯誤：無匹配函數(shù)、二義性調(diào)用。
4. 實參類型轉(zhuǎn)換等級：
   • 精確匹配，包括：
     • 實參與形參類型相同。
     • 實參從數(shù)組、函數(shù)類型轉(zhuǎn)化為對應的指針類型。
     • 向?qū)崊⒃鰟h頂層const。
   • 通過const轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的匹配。
   • 通過類型提升實現(xiàn)的匹配。
   • 通過算數(shù)類型轉(zhuǎn)換或指針轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的匹配。
   • 通過類類型轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的匹配。

函數(shù)指針

1. 形式：returnType (*function)(parameter_list)
2. 使用函數(shù)指針：
   • 當函數(shù)名作為一個值使用時，函數(shù)自動轉(zhuǎn)化為指針（即取地址符可選）。
   • 可以直接通過指針調(diào)用函數(shù)，無需解引用指針。
   • 指向不同類型的函數(shù)的指針之間無轉(zhuǎn)換規(guī)則。
   • 函數(shù)指針可賦值0或nullptr。
3. 重載函數(shù)指針：指針類型必須與重載函數(shù)中的某一個精確匹配。
4. 函數(shù)指針形參：可以使用類型別名或decltype簡化代碼。

void useBigger(const string &s1, const string &s2, bool pf(const string &, const string &));
//等價聲明
void useBigger(const string &s1, const string &s2, bool (*pf)(const string &, const string &));  
//Func、Func2是函數(shù)類型
typedef bool Func(const string &, const string &);
typedef decltype(lengthCompare) Func2;
//FuncP、FuncP2是指向函數(shù)的指針
typedef bool (*FuncP)(const string &, const string &);
typedef decltype(lengthCompare) *FuncP2;
//useBigger的等價聲明
void useBigger(const string &s1, const string &s2, Func);
void useBigger(const string &s1, const string &s2, Func2);
void useBigger(const string &s1, const string &s2, FuncP);
void useBigger(const string &s1, const string &s2, FuncP2);

5. 返回指向函數(shù)的指針：
   • 直接定義。
   • 使用類型別名。
   • 尾置返回。

//直接定義
int (*f(int))(int *, int);
//類型別名
using F = int(int *, int);
using PF = int(*)(int *, int);
PF f(int);
F *f(int);
//尾置返回
auto f(int) -> int (*)(int *, int);

6. 使用auto和decltype可簡化代碼書寫。