第三章 函数 (郑莉版C++程序语言设计学习笔记）

在面对面向过程的程序设计中，函数是模块划分的基本单位，是对处理问题的抽象
在面向对象的过程中，是对功能呢搞得抽象

3.1函数的定义和使用

主函数是程序执行的开始点。
调用其他函数的函数被称为主调函数。
被其他函数调用的函数被称为被调函数

3.1.1 函数的定义

语法形式
类型说明符 函数名 （含类型说明的形式参数表）
{
语句序列
}
形式参数

type1 name1，type2，name2.。。。，typen namen

main函数的形参是命令行参数，由操作系统进行初始化。

函数在没有调用的时候是静止的，此时的形参只是一个符号，它标志着在这个位置应该出现一个什么类型的数据。当函数被调用的时候，由主调函数实际参数（实参）赋予形参。

3.1.2 函数的调用

函数的调用形式
（略）

1. 函数调用形式
2. 嵌套调用
3. 递归调用（汉诺塔问题）

3.2内联函数

函数调用时可以使用内联函数减少调用的开销。（把代码贴在被调用部分）
内联函数不是在调用时发生控制转移，二十在编译时将函数体嵌入在每一个调用处。节约了参数传递，控制转移等开销。
定义方式
inline 类型说明符 函数名（含类型说明的形参表）
{
语句语序
}
只需加上关键字 inline
inline关键字只是表示一个要求，编译器并不承诺将inline修饰的函数作为内联函数。
在现代编译器中，没有声明为内联函数的函数。通常，应该将简单函数定义为内联函数，结构简单，语句少。如果将复杂函数定义为内联函数，会造成代码膨胀，增大开销，这时编译器会自动将其转换为普通函数来处理。
处理策略有不同编译器不同决定。

3.3带有形参默认值的函数

函数在定义时可以预先声明带有默认的形参值。
调用时如果给出了实参，则使用实参初始换形参，否则，采用预先声明的默认形参值。
例如：

int add(int x = 5, int y =6){ //声明的形参默认值
		renturn x+y;
}

int main(){
add(10,20);//实参初始换形参
add(10);//形参采用实参10，y蚕蛹默认值6
add();//x，y都采用默认值，分别是5,6

}	

有默认值的形参必须在形参列表的最后，即有默认值的在形参表的右面。
int add(int x, int y, int z);//对
int add(int x = 1,int y =5,int z);//错
int add(int x =1,int y ,int z = 6);//错

在相同作用域中，不允许一个函数的多个声明中对同一个参数的默认值重复定义，即使前后定义值相同也不行。

3.4函数重载

两个以上函数，具有同样的函数名，但是形参的个数或者类型不同，编译器根据实参和形参的类型的最佳匹配，自动决定调用那个函数，这就是函数的重载。

如果函数值相同，形参个数和类型也相同，是语法错误。
习惯
不要将不同的功能的函数定义为重载函数。以免出现对调用结果的误解和混淆。

3.5C++系统函数

C++的系统库提供了几百个函数可供程序员使用。
程序员需要使用include指令嵌入头文件。

3.6深度探索

3.6.1 运行栈和函数调用的执行

变量定义写在函数以外的变量叫做全局变量，作用于全局。
写在函数内的叫做局部变量，作用于函数，区别是作用域。
问题：

1. 局部变量生存周期小于程序的运行周期，如果为每个局部变量分配内存空间，空间利用率会下降。
2. 发生递归调用时，存在当一个函数尚未返回，对它的另一个调用又发生的情况，对于多次调用，相同，名称的变量会有不同的值，这些值又必须同时保存在内存中， 而且不能互相影响，因此他们必须有不同的内存地址，但又不能分配唯一确定的地址。

所以，需要一种特殊的结构，就是栈。

栈

定义（略）
一组嵌套的函数调用的特点是，越早开始调用，返回的越晚。其形参和局部变量生效的越早，失效的越晚，自然可以用栈结构来储存，这种栈叫做运行栈。

1. 运行栈实际上是一段区域的内存空间，与储存全局的区别只是，寻址方式的差别。
2. 运行栈中的数据分为一个一个栈帧，每个栈帧对应一个函数调用，栈帧中包含这次形参值，一些控制信息和一些临时数据。

函数调用的执行过程

IA-32（i386）中，esp寄存器就是用来记录栈顶地址的，称为栈指针。
但是，只有一个寄存器储存栈顶地址，还不够用，因为有些函数的栈帧大小是不确定的，这就会在函数返回前恢复栈指针时遇到麻烦，因此还需要另一个寄存器保存函数刚被调用时栈指针的位置。
IA-32中，ebp寄存器来完成这一任务，称为帧指针。
形参和局部变量相对于帧指针的位置是确定的，函数的形参和局部变量的地址尝尝通过帧指针来计算。
举例：

int add(int a,int b){
int c = a+b;
return c;
}

int x =add(a,b);

主函数汇编代码如下：
8048459: movl $ 0x7,0x4(%esp) //write 7 to address (esp+4)
8048461: movl $ 0x5,(%esp) //write 5 to address (esp)
8048468: call  8048434  //call the function in 8048434
804846d：mov %eax，-0x8(%ebp) //write the value of eax to address(ebp-8)
地址位
被调函数汇编代码：
8048434: push %ebp		//将帧指针ebp的值压入运行栈
8048435: mov %esp,%ebp	//将栈指针esp的值赋给帧指针ebp
8048437: sub $0x4,%esp	//栈指针减去4
804843a: mov 0xc(%ebp),%eax //ebp+12地址内的整数载入eax寄存器
804843d: add 0x8(%ebp),%eax //ebp+8地址内的整数与eax寄存器内的原值相加
8048440：mov %eax,-0x4(%ebp) //eax寄存器内的值存入ebp-4地址内
8048443: mov -0x4(%ebp),%eax //将ebp-4地址内的整数装入eax寄存器中。
8048446: leave //恢复函数调用之初esp和ebp的值
8048447: ret //返回主调函数

3.6.2函数声明与类型安全

如果在调用一个函数前必须声明函数原型，就能够避免向一个函数传递数量不正确或类型不正确的的参数。因为在提供声明的情况下，执行函数调用，若传递的参数数量和类型不正确，编译器很容易检查出来。
进一步原理
不同类型的数据，在内存中都以二进制序列表示，在运行时并没有保存类型信息。有关类型的特性，全部蕴含在数据所执行的操作之中。所以，在使用变量前必须声明，这样才可以为某比那里那个所参与的每一个操作赋予完整的意义。函数在使用前必须声明，也是类似的原因。
一个函数的原型信息（参数个数，类型和返回值类型），并没有写在编译后的机器语言中，二十全部蕴含在了这个函数所执行的操作之中。