程式師世界 >> 編程語言 >> C語言 >> C++ >> 關於C++ >> 【C++探索之旅】第一部分第七課：函數效應，分而治之

【C++探索之旅】第一部分第七課：函數效應，分而治之

編輯：關於C++

內容簡介

1、第一部分第七課：函數效應，分而治之

2、第一部分第八課預告：傳值引用，文件源頭

函數效應，分而治之

上一課《【C++探索之旅】第一部分第六課：控制流程，隨心所至》中，我們學習了條件語句和循環語句。

這兩種語句也算是算法的核心了。在更早的課程中，我們學習了變量。這些都是所有編程語言的必備元素。

這一課我們又要學習一個幾乎所有編程語言都有的極重要元素：

函數。

C++的所有程序都或多或少用到函數，到目前為止，你其實也已經用了好多次了，不過你可能只緣身在此山中，還雲深不知處。

函數的功用是：

將程序切分成更小的可重用的單元，有點像磚塊。一旦磚塊制作完畢，程序員所要做的就是用磚塊來造東西。

我們砌一堵牆，蓋一座小屋，或者摩天大樓，都需要不少磚塊。用函數構建我們的程序就似用磚塊搭建，而且如果拆除了，之後這些磚塊還可以重復使用。

慢慢你就能體會了。編程之美是需要時間去印證的，如果只遠觀而不"亵玩"，沒有動手實驗，是不能進步的。

首先我們就挽起袖子，和好水泥，來學習如何制作"磚塊"（函數）吧。

函數的創建和使用

從這個課程的最初，我們已經使用了函數了。而且到目前為止都是那個函數：main函數（是我，是我，還是我...）。

這是C++程序的入口，程序是從main函數開始執行的。如下所示：

#include 
using namespace std;

int main() // main函數開始，程序的開始
{
 cout << "Hello World !" << endl;
 return 0;
} // main函數的結束，程序也隨之結束

以上的程序實際是從第四行開始，在第八行結束。也就是說，此程序的所有動作都是在一個函數裡完成的。我們並沒有跳轉到其他地方，沒有出這個main函數，而是按順序執行main函數中的各句指令。

既然我這樣說，聰明如你應該料想到了：我們可以寫其他的函數，把一個復雜的程序分割成相對獨立的區塊。

是的。但是為什麼要這麼做呢？

雖然說，把所有代碼都放在一個main函數裡是完全可以的，但這並不是一個好習慣。

假設我們要開發一個大型3D游戲。

大型3D游戲可是很復雜的，代碼數動辄上萬行。如果我們把這麼多代碼都一股腦兒放到main函數裡，那麼是很容易迷失在茫茫碼海中的。

比較理想的方式是在某個地方存放一小塊代碼，比如用於移動人物；另一個地方存放另一塊代碼，用於加載關卡，等等。

把代碼分成函數可以方便管理，使我們的代碼更容易被別人理解，我們自己回看時也不至於迷失了方向。

而且，假如你們是好幾個程序員一起協同開發，那麼函數可以讓你們更好地分配工作，比如某個人負責哪些功能開發，就需要寫哪些函數。

但這並不是函數的全部益處。

舉個例子：我們要計算平方根。上一課我們已經學習了怎麼做，我們使用了數學庫中的sqrt這個函數。

類似開平方根這樣常用的代碼塊，如果包裝成一個函數，那麼在不同地方使用時就不需要把相同的代碼重新拷貝一次了，只需要寫一下函數名就可以了。

所以函數使我們可以重復使用已有的代碼塊，極大地提高效率。

函數簡介

函數包含完成特定任務的一個代碼塊。它接收需要處理的數據，處理之，然後返回一個值。

可以把函數想象成一台制作香腸的機器，在輸入那一頭你把豬裝進去，輸出那一頭就出來香腸了。這酸爽。

輸入函數的數據稱為參數，而函數輸出的數據稱為返回值。如下圖所示：

你是否還記得我們上一課列出的多個數學函數中的pow函數，是用於計算次方值的。例如2的3次方，可以用pow(2, 3)來計算。

如果我們使用剛才所說的專業術語（參數，返回值），那麼pow函數的基本介紹可以如下所示：

接收兩個參數x和y

進行數學計算（x的y次方）

返回值就是計算結果

如下圖所示：

定義函數

好了，該放手一搏了。上面看了一些函數的例子，我們自己來定義一個函數吧。

首先，C++中所有的函數基本都遵循以下模板：

type functionName(arguments)
{
// Body : Instructions
}

上面的是英語的表述法，如果翻成中文就是：

類型函數名(參數)

{

// 函數體：指令

}

關於這個模板我們需要掌握四點：

函數類型：對應輸出類型，也可以把其看做函數的類型。和變量類似，函數也有類型，這類型取決於函數返回值的類型。如果一個函數返回一個浮點數（帶小數點的），那麼自然我們會將函數類型定為float或者double；如果返回整數，那麼我們一般會將類型定為int或long。但是我們也可以創建不返回任何值的函數。

函數名：這是你的函數的名字。我們已經見過不少函數名了，比如main，sqrt，pow。你可以給你的函數起任意名字，只要遵從給變量命名的相同的規則就好。

函數的參數（對應輸入）：參數位於函數名之後的圓括號內。這些參數是函數要用來做操作（運算）的數據。你可以給函數傳入任意數量的參數，也可以不傳入任何參數（例如main函數）。

函數體：大括號規定了函數的起始和結束范圍。在大括號中你可以寫入任意多的指令。

注意：

在C語言中，同一個程序裡不允許同名的函數。但是C++中允許有同名函數，稱為函數重載。只需要它們的參數不同（注意是參數不同，如果返回值不同而參數一樣不是函數重載，也不能通過編譯）。例如在C++中，int multiplication(int a, int b) 和 double multiplication(double c, double d) 就是不同的函數，盡管它們的函數名一樣，但是參數列表不一樣。但是如果定義兩個函數如下：int multiplication(int a, int b) 和 double multiplication(int c, int d)，編譯是會出錯的，因為它們的參數一樣，只是返回值不一樣，是不能算不同函數的。

我們自己來定義一個函數：
```
int addTwo(int number)
{
 int value(number + 2);
 // 在內存中申請一個int類型的"抽屜"，起名叫value
 // 將參數中接收到的number進行加2操作
 // 將加法的結果存入value裡面
 
 return value;
 // 指定value為函數的返回值
}
```
注意：在參數的那個括號和函數體的大括號後面都沒有分號哦！

分析此函數

根據我們之前的解釋，你應該明白第一行是干什麼了吧。就是定義一個函數，名叫addTwo（英語"加2"的意思），接收一個int型參數作為輸入，操作結束之後會返回一個int型值。如下圖：

return value; 那一行是什麼意思呢？

return是英語"返回"的意思，所以這一行指令的作用就是將value作為此函數的返回值返回。addTwo的參數number就類似之前那個圖中放入香腸制造機的豬，value就類似輸出的香腸。

value的類型必須是int，因為在函數定義的第一行的返回值類型是int。

函數調用

我們的函數定義完畢，接下來該是使用它的時候了。函數的使用也有一個術語，叫做：函數調用。
```
#include 
using namespace std;

int addTwo(int number)
{
 int value(number + 2);
 return value;
}

int main()
{
 int a(2), b(3);
 
 cout << "a的值是 " << a << endl;
 cout << "b的值是 " << b << endl;
 
 b = addTwo(a); // 函數調用
 
 cout << "a的值是 " << a << endl;
 cout << "b的值是 " << b << endl;
 
 return 0;
}
```
運行以上程序，顯示：

a的值是 2

b的值是 3

a的值是 2

b的值是 4

在調用函數addTwo之後，a的值沒有改變；b的值改變了，等於a的值加上2。

詳細解釋

現在我們來看一個程序，包含一個multipleTwo函數，用於計算一個數的兩倍的值。

我們暫時把multipleTwo函數寫在main函數之前，如果放在main函數之後會出錯，以後的課程我們會解釋為什麼。
```
#include 
using namespace std;

int multipleTwo(int number)
{
 return 2 * number;
}

int main()
{
 int initial = 0, twice = 0;
 
 cout << "請輸入一個整數... ";
 cin >> initial;
 twice = multipleTwo(initial);
 cout << "這個數的兩倍是 " << twice << endl;
 
 return 0;
}
```
我們的程序是從main函數開始運行的，這個大家已經知道了。

我們首先請求用戶輸入一個整數，將其值傳遞給multipleTwo函數，並且把multipleTwo函數的返回值賦給twice這個變量。

仔細看下面這一行，這是我們最關心的一行代碼，因為正是這一行調用了我們的multipleTwo函數。
```
twice = multipleTwo(initial);
```
在括號裡，我們將變量initial當做輸入傳遞給函數，也正是這個變量，函數將其用於內部的處理。

這個函數返回一個值，就是twice這個變量。

其實這一行中，我們就是命令電腦：“讓multipleTwo函數給我計算initial的兩倍的值，並且將結果儲存到twice這個變量中”。

詳細的分步解釋

也許對於初學者，理解起來還是有些許困難。

不用擔心，我相信通過下面的分步解釋，大家會明白得更透徹。

這個特殊注釋的代碼向大家展示了程序的運行順序：
```
#include 
using namespace std;

int multipleTwo(int number) // 6
{ 
    return 2 * number; // 7
}

int main() // 1
{ 
    int initial = 0, twice = 0; // 2 
    
    cout << "請輸入一個整數... "; // 3 
    
    cin >> initial; // 4 
    
    twice = multipleTwo(initial); // 5 
    
    cout << "這個數的兩倍是 " << twice << endl; // 8 
    
    return 0; // 9
}
```
上面的編號表示了執行的順序：1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9
1. 程序從main函數開始執行
  
  在main函數中的命令一行一行地被執行
  
  執行cout輸出
  
  執行cin讀入數據，賦值給變量initial
  
  讀入指令... 調用multipleTwo函數了，因此程序跳到上面的multipleTwo函數中去執行
  
  我們運行multipleTwo函數，並接受一個數作為輸入（number）
  
  我們對number做運算，並且結束multipleTwo函數，return意味著函數的結束，並且返回一個值。將返回值賦給twice變量。
  
  我們重新回到main函數的下一條指令，用cout輸出
  
  又一個return，這次是main函數的結束，於是整個程序運行完畢。
  
  變量initial被傳值給multipleTwo的參數number（另一個變量），稱為值傳遞。當然其實原理是做了一份變量initial的拷貝，把拷貝賦值給了number。
  
  這裡如果我們把initial改名為number也是可以的，並不會與函數multipleTwo的參數number沖突。因為參數number是屬於multipleTwo這個函數的專屬變量。
  
  多個參數
  
  上面的addTwo函數只有一個參數，我們也可以定義有多個參數的函數。其實之前見過的pow函數和getline函數就有兩個參數。
```
int addition(int a, int b)
{
 return a+b;
}
```
```
double multiplication(double a, double b, double c)
{
 return a * b * c;
}
```
  以上所定義的兩個函數中，我們合理地偷懶了：將參數運算的結果直接作為返回值，而沒有定義例如之前在addTwo函數中用到的value這樣的變量。這樣我們的代碼也達到了最簡化，我們是鼓勵這樣做的。程序員要會"偷懶"。
  
  上面的第一個函數addition（英語"加法，相加"的意思）接收兩個int型參數，返回它們的相加值。
  
  第二個函數multiplication（英語"乘法，相乘"的意思）接收三個double型參數，返回它們的相乘值。
  
  我們也可以定義參數類型不一樣的函數。例如：double different(int a, double b);
  
  無參數
  
  我們的函數也可以沒有參數。那麼在括號裡就不加任何東西。
  
  例如：
```
string getName()
{ 
 cout << "請輸入你的名字 : ";
 string name;
 cin >> name;
 return name;
}
```
  無返回值的函數
  
  函數也可以沒有返回值，那麼在定義的時候要將函數返回值類型設為void（英語"虛空，無"的意思）。不用加return語句了。例如：
```
void sayHello()
{ 
    cout << "Hello!" << endl; 
    // 因為沒有返回值，也就沒有return語句了
}
```
```
int main()
{
 sayHello();
 // 因為函數sayHello不返回任何值
 // 我們調用的時候也不會將其賦給某個變量了
 
 return 0;
}
```
  實例
  
  下面我們會一起看幾個函數的實例，以便讀者對函數有更深入的了解。我們盡量展示不同情況，使大家看到可能出現的各種函數類型。
  
  歐元/人民幣轉換
  
  最近歐元兌換人民幣的匯率還是很穩定的在7左右徘徊，為什麼當年（2009）小編出來法國時，歐元的匯率那麼高（10），現在要換人民幣卻只有7。唉，就是辣麼不逢時。
  
  我們就來寫一個函數，用於轉換歐元到人民幣。
  
  查了一下最新的匯率：
  
  1歐元 = 7.0992 人民幣元
```
#include 
using namespace std;

double conversion(double euros)
{
double rmb = 0;
rmb = 7.0992 * euros;
return rmb;
}

int main()
{
cout << "10 歐元 = " << conversion(10) << "人民幣" << endl;
 cout << "50 歐元 = " << conversion(50) << "人民幣" << endl;
 cout << "100 歐元 = " << conversion(100) << "人民幣" << endl;
 cout << "200 歐元 = " << conversion(200) << "人民幣" << endl;
return 0;
}
```
  你也可以寫一個人民幣轉換為歐元的小程序。
  
  懲罰
  
  接下來看一個函數，這個函數不會返回任何值，所以類型是void。這個函數會根據傳入的參數在屏幕上顯示一定次數的信息。這個函數只有一個參數，那就是顯示懲罰語句的次數：
```
#include 
using namespace std;

void punish(int lineNumber)
{
int i;
for (i = 0 ; i < lineNumber ; i++)
{
  cout << "我不應該有錢任性" << endl;
}  
}

int main(int argc, char *argv[])
{  
punish(5);
return 0;
}
```
  顯示結果如下：
  
  我不應該有錢任性
  
  我不應該有錢任性
  
  我不應該有錢任性
  
  我不應該有錢任性
  
  我不應該有錢任性
  
  矩形面積
  
  矩形的面積很容易計算：長 x 寬。長度乘以寬度。
  
  我們來寫一個求矩形面積的函數，它有兩個參數：矩形的長和矩形的寬。返回值是矩形的面積：
```
#include 
using namespace std;

double rectangleArea(double length, double width)
{
    return length * width;
}

int main()
{
    cout << "長是10，寬是5的矩形面積是 " << rectangleArea(10, 5) << endl;
    cout << "長是3.5，寬是2.5的矩形面積是 " << rectangleArea(3.5, 2.5) << endl;
    cout << "長是9.7，寬是4.2的矩形面積是 " << rectangleArea(9.7, 4.2) << endl;
    
    return 0;
}
```
  顯示結果：
  
  長是10，寬是5的矩形面積是 50.000000
  
  長是3.5，寬是2.5的矩形面積是 8.750000
  
  長是9.7，寬是4.2的矩形面積是 40.740000
  
  我們可以直接在函數裡顯示長，寬和計算所得的面積嗎？
  
  當然可以。這樣的情況下，函數就不必返回任何值了，函數計算出矩形面積，然後直接顯示在屏幕上：
```
#include 
using namespace std;

void rectangleArea(double length, double width)
{
 double area = 0;
 area = length * width;
 cout << "長為 "<< length << " 寬為 " << width << " 的矩形的面積是 " << area << endl;
}

int main()
{
 rectangleArea(10, 5);
 rectangleArea(3.5, 2.5);
 rectangleArea(9.7, 4.2);
 
 return 0;
}
```
  我們可以看到，cout在函數體內被調用，顯示的結果和之前把cout放在main函數裡是一樣的。只不過我們用的方法不一樣罷了。
  
  菜單
  
  我們來寫一個餐館菜單的例子。
```
#include 
using namespace std;

int menu()
{
 int choice = 0;
 
 while (choice < 1 || choice > 4)
 {
 cout << "菜單 :" <> choice;
 }
 
 return choice;
}

int main()
{
 switch (menu())
 {
 case 1:
 cout << "您點了北京烤鴨" << endl;
 break;
 case 2:
 cout << "您點了麻婆豆腐" << endl;
 break;
 case 3:
 cout << "您點了魚香肉絲" << endl;
 break;
 case 4:
 cout << "您點了剁椒魚頭" << endl;
 break;
 }
 
 return 0;
}
```
  這個程序還可以改進：你可以在用戶輸入一個錯誤的數字時顯示一個錯誤信息，而不是直接繼續讓其點單。
  
  總結
  1. 函數包含具有特定目的的一段代碼。
    
    每個C++程序至少有一個函數：main函數。這是程序的入口。
    
    把程序切分為有特定作用的各個函數是管理代碼的好方式。
    
    程序中，我們可以多次調用同一個函數。
    
    一個函數可以接收數據（通過參數），也可以返回數據（通過return）。
    
    第一部分第八課預告
    
    今天的課就到這裡，一起加油吧！
    
    下一課我們學習：傳值引用，文件源頭