C++基礎總結：變量和基本類型

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一、函數基礎

函數調用過程：
- 將控制權轉移給調用函數，函數隱式地定義並初始化它的形參；
- 當執行到return語句或者執行完函數內全部語句後返回結果。
實參和形參：實參是形參的初始值
函數的返回類型
- 大多數類型都可以作爲函數的返回類型。void也可以，它表示不返回任何值。
- 函數的返回類型不能是數組類型或函數類型，但可以是指向數組或函數的指針。
局部靜態對象
- 局部靜態對象在程序的執行路徑第一次經過對象定義語句時初始化，並且直到程序最終才被銷燬。
- 局部靜態對象只能被初始化一次，不會被多次初始化！如果沒有顯示初始值，它將執行值默認初始化，內置類型的局部靜態變量初始化爲0
- 示例：
```
int count_calls()
{
	static int count = 0;
	return ++count;
}

int main()
{
	for(int i = 0; i < 6; ++i)
		std::cout <<count_calls() << ", ";
}
```
輸出結果：
```
1, 2, 3, 4, 5, 
```

二、參數傳遞

形參初始化的原理和變量初始化一樣。
實參可以通過引用傳遞或者值傳遞給形參初始化。

1. 傳值參數

通過值傳遞的形參是實參的拷貝，兩者獨立，不會相互影響
指針形參
- 當執行指針拷貝操作時，拷貝的是指針的值。拷貝後，兩個指針是不同的指針。所以，我們可以通過指針形參訪問或修改實參指向的值，如果修改形參的指向，實參指向並不會因此改變。

2. 傳引用參數

拷貝大的類類型對象或者容器對象時效率低，甚至有的類類型根本不支持拷貝操作，此時我們可以使用引用形參訪問該類型的對象。
如果函數無須改變引用形參的值，最好將其聲明爲常量引用。
內置類型初始化一般會比引用效率高，所以內置類型無須使用常量引用，可以使用引用或傳值參數。
使用引用形參是方便返回多個結果的有效途徑。

3. const形參和實參

某變量或字面值是否可以用作參數傳遞，可以考慮其是否可以用於變量初始化的值。
我們要儘可能的使用常量引用代替普通引用。因爲普通引用會給使用不需要修改參數函數的使用者一種誤導，並且普通引用會限制可傳入參數類型。我們不能把const對象、字面值或者需要類型轉換的對象傳遞給普通的引用形參。

4. 數組形參

數組有連個特性，分別是：不允許拷貝數組以及使用數組時（通常）會將其轉換成指針。
因爲不能拷貝數組，所以無法使用值傳遞的方式使用數組參數。
因爲數組會被轉換成指針，所以當我們爲函數傳遞一個數組時，實際上傳遞的是指向數組首元素的指針。

儘管不能以值傳遞的方式傳遞數組，但我們可以把形參寫成類似數組的形式：

//儘管形式不同，但是下面三個函數是等價的
void print(const int*);
void print(const int[]);		//函數的用途是作用於一個數組
void print(const int[10]);		//這裏的維度表示我們期望數組含有多少元素，實際並不一定

儘管表現形式不同，但三個函數等價：每個函數的唯一形參都是const int*類型。

int i =0, j[2] = {0, 1};
print(&i);  //正確：&i的類型是int*
print(j);  //正確：j轉換成int*並指向j[0]

爲防止數組指針越界，管理指針形參有三種常用技術：

使用標記指定數組長度
這種方法是在數組結尾有一個結束標誌，典型就是C風格字符數組。字符數組最後跟着一個空字符，函數在處理C風格字符串時遇到空字符停止：
```
	void print(const char* cp)
	{
		if(cp)								//若cp不是空指針
			while(*cp)					//若指針所指字符不是空字符
				cout << *cp++;			//輸出當前字符並指向下一個字符
	}
```
這種方式適用於有明顯結束標記的數組，但對於int這種數組就不太有效了。

使用標準庫規範
第二種方法來自標準庫技術，是傳入數組首元素和尾後元素的指針。

	void print(const int* beg, const int* end)
	{
		//輸出beg和end之間（不含end）的所有元素
		while(beg != end)
			cout << *beg++ << endl;  //輸出當前元素並將指針向前移動一個位置
	}

可以通過調用標準庫的begin和end函數，代碼安全地獲取數組首指針和尾後指針

	int j[2] = {0, 1};
	print(std::begin(j), std::end(j));

顯式傳遞一個表示數組大小的形參
第三種方法是專門定義一個表示數組大小的形參，在C程序和舊的C++程序中常常使用這個方法。

	//const int ia[]等價於const int* ia
	//size表示數組的大小，將它顯式地傳給函數用於控制對ia元素的訪問
	void print(const int ia[], size_t size)
	{
		for(size_t i = 0; i != size; ++i) {
			cout << ia[i] << endl;
		}
	}

	int j[] = {0, 1};
	print(j, end(j)-begin(j));

數組引用形參
C++語言允許將變量定義成數組的引用，所以，形參也可以是數組的引用。引用形參綁定到對應的實參上，也就是綁定到數組上：

void print(int (&arr)[10])		//&arr兩端的括號必不可少，後邊的10與傳入數組指針形參不同，這個具有實際意義，即數組長度必須爲10
{
	for(auto elem : arr)
		cout << elem << endl;
}

傳遞多維數組

和所有數組一樣，當將多爲數組傳遞給函數時，真正傳遞的是指向數組首元素的指針。

//matrix指向數組的首元素，該數組的元素是由10個整數構成的數組
void print(int (*matrix)[10], int rowSize){/* ... */}
等價於
void print(int matrix[][10], int rowSize){/* ... */}
matrix看起來是一個二維數組，實際上形參是指向含有10個整數的數組的指針

int *matrix[10];		//10個指針構成的數組
int (*matrix)[10];		//指向含有10個整數的數組的指針

5. main：處理命令行選項

通常，我們使用空參主函數，但我們也可以給主函數傳入參數

int main(int argc, char* argv[]){...}

第一個形參是數組長度，第二個形參是C風格字符串數組，argv指向char*，所以也可以寫成：

int main(int argc, char** argv){...}

當我們使用argv中的參數時，一定要記得可選的實參從argv[1]開始，argv[0]保存程序的名字，而非用戶輸入

6. 含有可變形參的函數

C++11標準提供了兩種主要方法：如果所有實參類型相同，可以傳遞一個名爲initializer_list的標準庫類型；如果實參的類型不同，我們可以使用可變參數模板，此方法在後續的模板章節中總結。除此之外，C++還提供了一種特殊的形參類型，即省略符形參。

initializer_list形參

initializer_list是一種標準庫類型，用於表示某種特定類型的值的數組。initializer_list類型定義在同名的頭文件中。
和vector一樣，initializer_list也是一種模板類型，定義對象時，必須說明列表中所含元素的類型。
和vector不同的是，initializer_list對象中的元素永遠是常量值，無法改變initializer_list對象中元素的值

示例：

	void error_msg(initializer_list<string> il)
	{
		for(auto beg = il.begin(); beg != il.end(); ++beg)
			cout << *beg << " ";
	}

	error_msg({"functionx", "okay"});		//通過一對花括號傳入序列

initializer_list提供的操作

操作	說明
initializer_list lst;	默認初始化；T類型元素的空列表
initializer_list lst{a, b, c…};	lst的元素數量和初始值一樣多；lst的元素是對應初始值的副本；列表中的元素是const
lst2(lst)	拷貝或賦值一個initializer_list對象不會拷貝列表中的元素；拷貝後，原始列表和副本共享元素
lst2 = lst	拷貝或賦值一個initializer_list對象不會拷貝列表中的元素；拷貝後，原始列表和副本共享元素
lst.size()	類表中的元素數量
lst.begin()	返回指向lst中首元素的指針
lst.end()	返回指向lst中尾後元素的指針

省略符形參
省略符形參是爲C++便於訪問某些特殊的C代碼而設置的，這些代碼使用了名爲varargs的C標準庫功能。通常，省略符形參不應用於其他目的。

省略符形參應該僅僅用於C和C++通用的類型。特別注意的是，大多數類類型的對象在傳遞給省略符形參時都無法正確拷貝。

省略符形參只能出現在形參列表的最後一個位置

void foo(parm_list, ...);
void foo(...);

我們可以添加cstdarg文件，使用其中定義的函數方法訪問省略符形參

#include <cstdarg>

void VarArgFunc(int i, ...)
{
	va_list pArg = nullptr;		//創建參數指針
	va_start(pArg, i)			//初始化參數指針
	int a = va_arg(pArg, int);	//獲取第一個參數
	char b = va_arg(pArg, char);	//獲取第二個參數
	va_end(pArg);		//清空參數指針
}

三、返回類型和return語句

1. 有返回值函數

返回一個值的方式和初始化一個變量和形參的方式完全一樣：返回的值用於初始化調用點的一個臨時變量，該臨時量就是函數調用的結果。
不要返回局部對象的引用或指針！所以，我們返回的引用或指針需要是函數調用之前就已經存在的變量。
調用一個返回引用的函數會得到左值，其它返回類型得到右值。
C++11新標準規定，函數可以返回花括號包圍的值的列表。
main函數可以沒有顯式返回值，main函數的返回值可以看作是狀態指示器。返回0表示執行成功，返回其他值表示執行失敗。爲了使返回值與機器無關，cstdlib頭文件定義了兩個預處理變量，我們可以使用這兩個變量表示成功與失敗：EXIT_FAILURE和EXIT_SUCCESS
如果一個函數調用了自身，無論是直接還是間接，都稱該函數爲遞歸函數。如果函數出現不斷調用自身直到程序棧空間耗盡爲止，我們稱其爲循環遞歸。另外，main函數不能調用自己。

2. 返回數組指針

因爲數組不能拷貝，所以函數不能返回數組。但是，函數可以返回數組的指針或引用。
使用類型別名

typedef int arrT[10];		//arrT是一個類型別名，表示的類型是含有10個整數的數組
using arrT = int[10];		//與上條等價
arrT* func(int i);			//func返回一個指向含有10個整數的數組的指針

聲明一個返回數組指針的函數

int arr[10];		//arr是一個含有10個整數的數組
int* p1[10];		//p1是一個含有10個指針的數組
int (*p2)[10] = &arr;		//p2是一個指針，它指向含有10個整數的數組

下面的函數聲明：
int (*func(int i))[10];

func(int i)表示調用func函數時需要一個int類型的實參
(*func(int i))意味着我們可以對函數調用的結果執行解引用操作
(*func(int i))[10]表示解引用func的調用將得到一個大小是10的數組
int (*func(int i))[10]表示數組中的元素是int類型

使用尾置返回類型
尾置返回類型是C++11的新標準，常用語比較複雜的返回類型，比如數組的指針或數組的引用。

下例爲函數的聲明：

auto func(int i) -> int(*)[10];	//返回類型放到形參之後，原來放置返回類型的地方使用auto

四、函數重載

同一作用域內，函數名相同，形參列表不同的函數稱之爲重載函數。

main函數不能重載。

重載和const形參
擁有頂層const的形參無法與另一個沒有頂層const的形參區分：

Record lookup(Phone);
Record lookup(const Phone);		//重複聲明瞭Record lookup(Phone)

Record lookup(Phone*);
Record lookup(Phone* const);	//重複申明瞭Record lookup(Phone*)

底層const可以重載：

Record lookup(Account&);		//函數作用於Account引用
Record lookup(const Account&);	//新函數，作用於常量引用

Record lookup(Account*);		//新函數，作用於指向Account的指針
Record lookup(const Account*);	//新函數，作用於指向常量的指針

const_cast和重載

string& shorterString(string& s1, string& s2)
{
	auto& r = shorterString(const_cast<const string&>(s1),
							const_cast<const string&>(s2));
	return const_cast<string&>(r);
}

五、特殊用途語言特性

1. 默認實參

局部變量不能作爲默認實參

2. 內聯函數和constexpr函數

調用函數一般比求等價表達式的值慢一些。大多數機器上，函數調用過程爲：調用前要先保存寄存器，並在返回時恢復；可能需要拷貝實參；程序轉向一個新的位置繼續執行。

內聯函數可避免函數調用的開銷
在函數聲明前加inline，可以將其聲明成內聯函數。內聯函數是向編譯器發送請求，將其在編譯時直接展開到函數調用處，當然，編譯器也可以忽略這個請求。

很多編譯器都不支持內聯遞歸調用。

constexpr函數
constexpr函數是指能用於常量表達式的函數。定義constexpr函數需要遵循約定：

函數的返回類型及所有形參的類型都得是字面值類型
函數體中必須有且只有一條return語句：

constexpr int new_sz() {return 42;}
constexpr int foo = new_sz();		//正確：foo是一個常量表達式

如果arg是常量表達式，則scale(arg)也是常量表達式：

constexpr size_t scale(size_t cnt){return new_sz() * cnt;}

int arr[scale(2)];		//正確：scale(2)是常量表達式
int i = 2;
int a2[scale(i)];		//錯誤：scale(i)不是常量表達式

constexpr函數不一定返回常量表達式。

內聯函數和constexpr函數通常定義在頭文件中。

3. 調試幫助

程序可以包含一些用於調試的代碼，但是這些代碼只在開發程序時使用，當應用程序開發完成後，要先屏蔽調試代碼。這種方法用到兩項預處理功能：assert和NDEBUG。

assert預處理宏

assert是一種預處理宏，預處理宏是一個預處理變量，行爲類似於內聯函數。
assert宏定義在cassert頭文件中。
可以像下面代碼一樣，檢查表達式輸出結果，如果表達式爲假(0)，assert輸出信息並中止程序執行；如果爲真(非0)，程序繼續執行：assert(expr);

NDEBUG預處理變量
assert的行爲依賴於一個名爲NDEBUG的預處理變量的狀態。如果定義了NDEBUG，則assert什麼也不做。默認狀態下，沒有定義NDEBUG，此時assert將檢查運行時檢查。

六、函數指針

函數指針指向的是函數，而非對象。函數的類型由他的返回類型和形參類型共同決定，與函數名無關。要想聲明一個可以指向函數的指針，只需要用指針替代函數名即可：

bool (*pf)(const string&, const string&);		//未初始化

*pf兩端的括號必不可少。如果不寫括號，則pf是一個返回值爲bool*的函數

使用函數指針
當函數名作爲值使用時，該函數自動地轉換成指針。

pf = lengthCompare;		//pf指向名爲lengthCompare的函數
pf = &lengthCompare;	//等價的賦值語句：取地址符可選

我們還可以直接使用指向函數的指針調用該函數，無須提前解引用指針：

bool b1 = pf("hello", "goodbye");			//調用lengthCompare函數
bool b2 = (*pf)("hello", "goodbye");		//一個等價的調用
bool b3 = lengthCompare("hello", "goodbye");//另一個等價的調用

函數指針形參
和數組類似，雖然不能定義函數類型的形參，但是形參可以是指向函數的指針。此時，形參看起來是函數類型，實際卻是指針：

void useBigger(const string& s1, const string& s2, bool pf(const string&, const string&));
等價於
void useBigger(const string& s1, const string& s2, bool(*pf)(const string&, const string&));
也可以直接把函數作爲實參使用，此時他會自動轉換成指針
useBigger(s1, s2, lengthCompare);

類型別名和decltype可以簡化函數指針的代碼：

//Func和Func2是函數類型
typedef bool Func(const string&, const string&);
typedef decltype(lengthCompare) Func2;			//等價的類型
//FuncP和FuncP2是指向函數的指針
typedef bool(*FuncP)(const string&, const string&);
typedef decltype(lengthCompare) *FuncP2;		//等價的類型

可以使用以下形式聲明useBigger：

void useBigger(const string&, const string&, Func);
void useBigger(const string&, const string&, Func2);

返回指向函數的指針
和數組類似，雖然不能返回一個函數，但是可以返回指向函數類型的指針。
要想聲明一個返回函數指針的函數，最簡單的方法是使用類型別名：

using F = int(int*, int);		//F是函數類型，不是指針
using PF = int(*)(int*, int);	//PF是指針類型

我們必須顯式地將返回類型指定爲指針：

PF f1(int);		//正確：PF是指向函數的指針，f1返回指向函數的指針
F f1(int);		//錯誤：F是函數類型，f1不能返回一個函數
F* f1(int);		//正確：顯式地指定返回類型時指向函數的指針

我們也能直接聲明f1：

int (*f1(int))(int*, int);

也可以使用尾置返回類型的方式：

auto f1(int) -> int (*)(int*, int);

將auto和decltype用於函數指針類型

string::size_type sumLength(const string&, const string&);
string::size_type largerLength(const string&, const string&);
//getFcn函數返回指向sumLength或者largerLength的指針
decltype(sumLength)* getFcn(const string&);

當我們將decltype作用於某個函數時，它返回函數類型而非指針類型。因此，我們顯式地加上*以表明我們需要返回指針，而非函數本身。

【C++基礎總結】函數

C++基礎總結：變量和基本類型

文章目錄

一、函數基礎

二、參數傳遞

1. 傳值參數

2. 傳引用參數

3. const形參和實參

4. 數組形參

5. main：處理命令行選項

6. 含有可變形參的函數

三、返回類型和return語句

1. 有返回值函數

2. 返回數組指針

四、函數重載

五、特殊用途語言特性

1. 默認實參

2. 內聯函數和constexpr函數

3. 調試幫助

六、函數指針

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