C++_Chap4_2008.ppt

1、第4章 函数与编译预处理,掌握函数的概念、定义和调用方法。 理解递归的概念，并能运用递归的方法解决一些实际问题。 理解变量的作用域与生存期的概念，能够理解全局变量、局部变量、静态变量的概念和用法。,学习目标:,4.1 概 述,人们在求解一个复杂的问题的时候，通常采用逐步分解、分而治之的方法。也就是把一个大问题分解为几个比较容易求解的小问题，然后分别求解。程序员在设计一个复杂的应用程序时，往往也是把整个程序划分为若干个功能较为单一的程序模块，然后分别予以实现，最后再把所有的程序模块象搭积木一样搭起来，这种在程序设计中分而治之的策略，被称为模块化程序设计方法。 函数：用于完成某一特定任务的一段程序

2、。 C/C+程序是由函数构成的，函数是C/C+程序的基本模块。,4.1 概 述,一个程序必须有且只有一个主函数（main( )函数），和若干个其它函数。 C/C+从main( )函数开始执行，由主函数调用其它函数，调用后流程还返回到main函数。其它函数之间也可以互相调用。,主函数,a,b,c,e,f,g,4.1 概 述,所有函数都是平等的。 在定义函数时是分别进行的，即函数不能嵌套定义。 函数间可以互相调用，但不能调用main函数。,主函数,a,b,c,e,f,g,4.1 概 述,库函数 C/C+系统所提供的函数，提供了丰富的功能。多少随系统而定，有一部分对所有的C/C+系统都有，格式也相同

3、，称为标准函数，还有一部分与系统有关。使用说明: A）资料 B）联机帮助 用户自定义函数 用户根据所需解决的问题而编写。函数定义是编写的一段代码（并不执行），函数定义后就可使用它，称为函数调用。,4.1 概 述,根据函数是否带有参数，将函数分为无参函数和有参函数。通常，调用函数时要给出参数的函数，称为有参函数；而调用函数时不需给出参数的函数称为无参函数。 根据函数的运算结果，函数又有返回值和无返回值之分。 使用函数的方式是：先说明（定义），后使用（调用）。,4.2 函数的定义与调用,函数定义的一般形式： 返回类型 函数名(参数表) 语句序列return 返回值； ,说明： 返回类型指函数返回的

4、值的类型，也称为：函数类型。 返回类型如果是 void ，意为无值返回。 返回类型说明若没有，指函数返回整型数。也就是：若函数返回整型类型的数据，可省略函数返回类型说明，否则不能省。 若参数表空，称为无参函数，否则称为有参函数。 无参函数参数表可写成（void）或写成（）。,4.2.1 函数的定义,有参函数的几点说明： （1）定义函数时，函数的类型和函数体中return后的表达式值的类型应保持一致。如果两者不一致，则以函数类型为准，系统会自动进行类型转换。 （2）在函数体中允许有多个return语句，但每次调用只能有一个return 语句被执行，因此函数只能返回一个函数值。 （3）对于不需要返

5、回值的函数，在函数定义中应规定函数返回值类型为void，但在函数体的中间要结束函数的执行，并返回调用处时，可使用不带表达式的return语句。此时return语句的格式为： return ;,4.2 函数的定义与调用,* * * * * * * * * * * How do you do! * * * * * * * * * * *,例：要求显示器输出：,#include #define NUM 11 void main() int i; for(i=0; iNUM; i+) cout*; coutendl; cout“How do you do !”endl; for(i=0; iNUM;

6、i+) cout*; coutendl; ,#include #define NUM 11 void print( ) int i; for (i=0; iNUM; i+) cout*; coutendl; void main() print(); cout“How do you do !”endl; print(); ,在出现函数调用时，程序控制转到函数，函数执行结束后，回到调用点（主函数），继续执行后续语句。,函数调用,函数定义,函数调用的方式,作为语句 printstar( );,作为表达式 c=max (a,b); coutmax (a,b);,作为函数参数 x=max(a,max(b

7、,c);,1) 被调用的函数必须是已存在的函数,2) 如果使用库函数，必须包含相应文件。 如 #include ,说明：,4.2.2 函数的调用,4.2.2 函数的调用,例5-1 输入两个实数，求出其中的大数。设计一个函数max求出两个实数中的大数。 #include float max(float x, float y) return ( xy ? x : y); void main(void) float a,b; cout ab; cout两个数中的大数为：max(a,b)n; ,当函数有返回值时，函数调用可出现在表达式中，也可作为一个函数调用语句来实现。当函数调用出现在表达式中时，用执

8、行函数体后返回的值参与表达式的运算。 对于没有返回值的函数，函数调用只能通过函数调用语句来实现。,在程序执行中要调用一个函数时，系统先要保护当前的现场，完成参数入栈等工作；然后转去执行被调用函数的函数体。 执行完被调用函数后，又要恢复现场，再接着执行函数调用后的其它语句。,4.2.2 函数的调用,#include int max (int a, int b) if (ab) return a; else return b; ,void main() int a,b,c, t; cina,b,c; t=max(a,b); t=max(t,c); couttendl; coutmax(a,b+10

9、)endl; ,函数定义中的参数称为函数的形式参数，一般称为形参。每个形参前应有形参的类型说明（不能写成int a,b)，形参之间用逗号隔开。,return 的一般格式为： return 执行该语句时，首先计算表达式的值，将该值转换成函数的返回值类型，再将其作为函数的返回值，结束函数，将控制转到调用函数的地方继续执行。 若函数无返回值，在函数体中也可使用 return 语句结束函数的执行。,4.2.2 函数的调用,调用函数时要考虑到函数本身的参数； 调用标准库函数时，要包含相应的头文件 标准输入/输出函数 iostream.h 字符串函数 string.h 常用数学函数 math.h 调用自定

10、义函数时，要定义相应的实参，并给这些实参赋值。 实参与形参必须一一对应: “类型一致、位置一致、个数一致”,函数调用的过程,4.3 函数间的参数传递,4.3.1 传值调用,#include void change(int x, int y) int tmp; tmp=y; y=x; x=tmp; coutx=xy=yendl; void main() int x=3,y=4; coutx=x y=yendl; change(x,y); coutx=x y =yendl; ,change: x: y: tmp: main: x: 3 y: 4,3,4,4,3,4,函数实参与形参之间传递：值传递、

11、引用传递、地址传递,void main(void) int i=2, x=5, j=7; void fun(int,int); fun ( j, 6); couti=i, j= j,x= xendl; void fun ( int i, int j) int x=7; couti=i, j= j, x=xendl; ,输出： i=7, j=6, x=7 i=2, j=7, x=5,4.3.1 传值调用,计算实参表中各表达式； 将表达式的值依次赋给各形式参数； 执行函数体； 遇到return语句时，将控制返回到调用函数； 当return语句中包含表达式时，计算表达式的值并返回函数值； 无retu

12、rn语句时，执行到函数体末后返回调用函数； 参数以传值方式调用。,void add ( int x, int y, int z) z=x+y; x=x*x; y=y*y; cout(2) x=x y=y z=zendl; void main( ) int x=2,y=3, z=0; cout(1) x=x y=y z=zendl; add (x, y, z); cout(3) x=x y=y z=zendl; ,(1) x=2 y=3 z=0,(2) x=4 y=9 z=5,(3) x=2 y=3 z=0,4.3.2 引用调用,引用类型变量是其它变量的别名，对引用类型变量的操作实际上就是对被引

13、用变量的操作。 说明一个引用类型变量时，必须要用另一个变量对其初始化。说明引用型变量的语法格式为： 这里，refx 是一个引用类型变量，它是整型变量 x的一个别名，refx 与 x 使用同一内存空间。refx 称为对x 的引用，x 称为 refx 的引用对象。在说明引用类型变量 refx 之前变量 x 必须先说明。,4.3.2 引用调用,例： 引用的使用。 #include void main(void) int x, y=36; int ,4.3.2 引用调用,注意： 定义时必须初始化； 初始化值不能为常数； int 系统不为引用类型变量分配存储空间。 同一变量可定义多个别名。 引用类型变量

14、亦可定义别名。,4.3.2 引用调用,1引用作为函数的形参 当函数的形参为引用类型时，函数的传值方式称为引用传递。既可作为函数的输入参数，也可作为函数的输出参数。 当在函数体内改变了引用类型的参数后，能实际地改变实参的值，将新的值带回给调用者。 问题：当函数的形参是引用类型时，实参是否可以是表达式呢？,#include void swap(int ,4.3.2 引用调用,4.3.2 引用调用,2引用作为函数的返回值 当函数的返回值定义为引用类型时，函数所返回的值应是某个变量的别名，相当于返回了一个变量，因此可对该返回值进行赋值操作。 注意：当函数的返回值类型为引用类型时，在函数中只能返回静态变

15、量或全局变量的引用，不能返回非静态的局部变量的引用，因为这种类型的变量在函数执行结束时，其存储空间被释放，因此对它的引用是无效的。,例：将一个偶数分解为两个素数之和 #include #include #include int p(int n) if (nk; if (k%2) couterror!endl; exit(2); for (int i=2; i=k/2; i+) if (p(i) ,4.4 函数的原型说明,#include ,void main ( ) int a,b,t;,cinab; print(a,b); t=max(a,b); couttendl; ,void print

16、(int a, int b) int i;,for (i=0; imax(a,b); i+) cout*; coutendl; ,max(int x, int y) return (xy)?x:y; ,函数原型，函数若还没有定义，就先使用，就需要给出函数原型，此时只要提供函数返回值类型，函数名，形参类型即可。,4.4 函数的原型说明,函数原型说明的一般形式为： 函数类型标识符 函数名( 形参类型说明表 ) ; 说明： （1）函数原型说明与函数定义的区别在于：函数原型说明没有函数体部分，用分号结束，就像变量的声明。 （2）函数原型说明的位置可以在主调函数体内，也可以在主调函数外，只要放在对该函数

17、的调用语句之前，即使函数的定义放在其调用语句之后，也不会引起编译失败。 （3）函数原型说明时，形参类型说明表中可以缺省形参变量名，只给出形参类型。,4.5 函数的递归调用,函数的递归调用：在调用一个函数的过程中直接或间接地调用函数本身，称为函数的递归调用。,函数的递归调用,int f(int x ) int y,z ; . z=f(y); . return (2*z); ,4.5 函数的递归调用,n!=,1 n=0,1,(n-1)!*n n1,unsigned long f(unsigned long n) if ( n =1|n=0 ) return 1; else return n*f(n

18、-1); ,设计递归函数时，通常在函数体内先判断递归结束条件，再进行递归调用。如本例中，先判断n是否为0或1，若是，则结束递归；否则，根据递归公式进行递归调用。,4.5 函数的递归调用,递归函数的执行过程比较复杂，存在连续的递归调用（参数入栈）和回推的过程。以f(5)来说明递归函数的调用过程。因f(5)中参数不为1，故执行5*f(4)。同理，f(4)又变成4*f(3)。依次类推，直到出现函数调用f(1)时，将值1返回，再由此计算f(2).，这个过程成为回推。,5*f(4),5*24=120,4*f(3),4*6=24,3*f(2),3*2=6,2*f(1),2*1=2,1,递归过程,回推过程,

19、1,例：有5个人坐在一起，问第5个人多少岁，他说比第4个人大2岁。问第4个人多少岁，他说比第3个人大2岁。问第3个人多少岁，他说比第2个人大2岁。问第2个人多少岁，他说比第1个人大2岁。问第1个人多少岁，他说是10岁。请问第5个人多大？,age(5)=age(4)+2,age(4)=age(3)+2,age(3)=age(2)+2,age(2)=age(1)+2,age(1)=10,void main(void) int age(int); coutage(5)endl; ,int age ( int n ) int c; if (n=1) c=10; else c=age(n-1)+2; r

20、eturn c; ,int age ( int n ) int c; if (n= =1) c=10; else c=age(n-1)+2; return c; ,void main(void) int age(int); coutage(5)endl; ,age (5),n=5,c=age (4)+2,age (4),n=4,c=age (3)+2,age (3),n=3,c=age (2)+2,age (2),n=2,c=age (1)+2,age (1),n=1,c=10,return c,return c,c=12,return c,c=14,return c,c=16,return

21、c,c=18,虽然算法一致，但n不同，c不同，在内存中每一层函数变量所在的内存单元均不相同。必须有递归终止条件和递归公式。,递归,回推,例4.11 阅读下面程序，分析程序运行的结果。 void recu ( char c ) coutc ; if(c3)recu (c+1) ; coutc ; void main( ) recu (0); 程序运行后的输出结果是： 01233210,4.7 函数的重载,函数的重载是指完成不同功能的函数可以具有相同的函数名。 （C语言无此功能） 调用重载函数时，C+编译器根据实参的类型或实参的个数来确定应该调用哪一个函数。 注意： 重载函数的参数个数或参数类型必

22、须有不同 仅返回值类型不同时，不能定义为重载函数,例： 利用重载函数，分别计算两个整数、单精度实数和双精度实数中的大数。 #include int max(int x, int y) return ( xy?x:y ); float max(float a, float b) return ( ab?a:b ); double max(double m, double n) return ( mn?m:n ); void main(void) int a1, a2; float b1, b2; double c1, c2; cout a1 a2; cout b1b2; cout c1c2; c

23、outmax(a1,a2)= max(a1,a2) n; coutmax(b1,b2)= max(b1,b2) n; coutmax(c1,c2)= max(c1,c2) n; ,重载函数的定义,重载函数的调用,4.8 带有默认参数的函数,在C+中定义函数时，允许给参数指定一个缺省的值。在调用函数时，若明确给出了这种实参的值，则使用相应实参的值；若没有给出相应的实参，则使用缺省的值（C无此功能）。,#include float fact(int n = 10) float f=1; for ( int i=2; i=n; i+) f *=i; return f; void main(void)

24、 cout fact(5) n; cout fact( ) n; ,4.8 带有默认参数的函数,注意： 必须在函数调用前指定缺省参数的值 参数的缺省值可以是常量表达式，表达式中使用的量必须是常量 具有缺省值的函数参数可有多个，但缺省参数必须位于参数表中的最右边 同一个具有缺省参数的函数，在不同地方调用时可使用不同的缺省参数值,例： 输入长方体的长度，宽度和高度，求出长方体的体积。 #include float v(float, float=10, float=20); void main(void) float x, y, z; coutxyz; coutxy; coutx; cout第三个长

25、方体的体积为： v(x) n; float v(float a, float b, float c) return a*b*c; ,例： 对于同一个函数，可在不同的作用域内作不同的原型说明，定义不同的缺省参数值。 float fact(int n =10)； . void bb(void) float fact(int =20)； . x=fact( )； . float cc (void) float fact(int =30)； . y=fact( )； . ,float dd(void) . z=fact( )； . float fact(int n) float f=1; for (i

26、nt i=2; i=n; i+) f *=i; return f; ,参数的缺省值为20,参数的缺省值为30,参数的缺省值为10,函数的定义,函数的原型说明,4.9 局部变量和全局变量,作用域是指程序中所说明的标识符在哪一个区间内有效，即在哪一个区间内可以使用该标识符。 C+中，作用域共分为五类：块作用域、文件作用域、函数原型作用域、函数作用域和类作用域。 根据作用域不同，可分为局部变量和全局变量。,4.9.1 局部变量,局部变量也称为内部变量，它是指在函数中定义的变量，其作用域只在本函数范围内。 在函数内定义的局部变量, 当退出函数时就不存在了。,float f1( int a) int b

27、,c; . ,float f2( int x, int y) int i, j; . ,void main(void ) int m, n; . ,说明： （1）主函数中定义的变量也只能在主函数中使用，不能在其它函数中使用。同时，主函数中也不能使用其它函数中定义的变量。 （2）形参变量是属于被调函数的局部变量。 （3）允许在不同的函数中使用相同的变量名。不同函数中定义的同名变量的作用域被限制于各自的函数体内，它们代表不同的对象，系统为它们分配不同的存储单元，互不干扰，也不会发生混淆。 （4）在复合语句中也可定义变量，也属于局部变量，其作用域只在复合语句的范围内。当复合语句中出现与其外部同名变量

28、时，在复合语句内则由复合语句定义的变量起作用。,4.9.1 局部变量,例4.15 分析下面程序的输出。 #include void main( ) int a=2 , b=3 ; coutfirst: atbn ; /A int a=5 ; b=a*3 ; coutsecond:atbn ; /B a+=b; /C coutthird:atbn ; ,程序的输出是： first: 2 3 second: 5 15 third: 17 15,void ex1(float x, float y) int i=10, j=20; int a; a=30; j=a; couti jendl; ,4.9

29、.2 全局变量,全局变量也称为外部变量，它是在函数外部定义的变量，其作用域是整个源程序。,p,q有效,int p=1, q=5; float f1( int a) int b,c; . ,char c1,c2; main( ) int m, n; . ,a,b,c有效,m,n有效,c1,c2有效,说明： （1）全局变量增加了函数间数据联系的通道。因为同一文件中的所有函数都能引用全局变量，因此如果在一个函数中改变了全局变量的值，就能影响到其它函数，相当于各个函数间有直接的传递通道。所以，可以利用这一特点通过函数调用能得到一个以上的值，而一般的函数调用只能由return语句带回一个返回值。 （2）

30、全局变量可以为所有的函数所共用。 （3）若在同一源文件中全局变量与局部变量同名，则在局部变量的作用范围内全局变量不起作用，即被“屏蔽”。,例4.17 全局变量与局部变量同名。 #include int a=10 ; /全局变量a int f1( int a ) /形参a return a*a ; int f2( int b ) int a; /局部变量a a=b+1; return a*a ; void main ( void ) coutThe result of f1 is: f1(2)n; coutThe result of f2 is: f2(2)n; couta=an; ,该程序的运

31、行结果为： The result of f1 is: 4 The result of f2 is: 9 a=10,如果在函数中要使用与其局部变量同名的全局变量，可以使用作用域运算符“:”来限定全局变量。 例4.18 在局部变量作用域内引用同名的全局变量。 #include double x=1.5 ; void main( void ) double x=5 ; cout全局变量: :xn; /A cout局部变量: xn; ,该程序的运行结果为： 全局变量: 1.5 局部变量: 5,例： #include void swap(float x, float y ) float t; t=x;

32、x=y; y=t; cout 函数swap：x=x y=y n; void main(void) float a=40, b=70; cout 主函数：a=a b=b n; swap(a,b); cout 主函数：a=a b=bn; ,#include float a=40, b=70; void swap(void) float t; t=a; a=b; b=t; cout 函数swap：a=a b=b n; void main(void) cout 主函数：a=a b=b n; swap(); cout 主函数：a=a b=bn; ,4.10 变量的存储类,存储类：规定了变量的生存期，确定

33、何时为变量分配内存空间及何时收回该空间。 变量说明格式: 标识符; 存储类可以是下面四种之一： 自动 auto 静态 static 寄存器 register 外部 extern,4.10 变量的存储类,自动类变量 ： auto 按缺省规则，不加存储类说明的局部变量为自动的。 自动变量进入分程序时分配存储空间，退出分程序时，空间由系统回收。 自动类变量，若没有明确地赋初值，其初值是不确定的。 静态类变量 static 用 static 修饰的局部变量，静态变量的初始化仅在分配空间时做一次，若不初始化则系统自动置为 0。 静态变量在退出分程序后仍保留其值，但其值在分程序外不可见。,4.10 变量的

34、存储类,例如： #include int sum(int); void main() coutsum(4)endl; coutsum(4)endl; sum(int n) static int a=1; a+=n; return a; ,输出：5 9,4.10 变量的存储类,例 /设文件a1.cpp的内容为： #include static int i=200; int j=400; extern void f1(void); void main(void) coutitjn; f1( ); ,在说明全局变量时，加上修饰词 static，表示所说明的变量仅限于当前源程序文件内使用。,/ 设文件

35、a2.cpp 的内容为： #include extern int i; extern int j; void f1(void) i+=100; coutin; j+=100; coutjn; 程序编译时产生错误。,一个大程序由多个文件构成，由多人分别编写时，有可能在不同的文件中使用了同名但表示不同含义的全局变量。用 static 修饰全局变量，将其作用域限于一个文件中，就能很好地解决这个问题。,4.10 变量的存储类,寄存器类变量 register 用 register 修饰的局部变量，分配在寄存器中，以加快存储速度。 当资源限制做不到时，系统视为 auto。 静态变量和全局变量不能定义为寄存

36、器类变量。 外部类变量： extern 在函数外面说明的变量称全局变量。全局变量存储在全局变量区，在程序运行期间一直有效，程序运行完毕后由操作系统回收。 若使用的全局变量是先使用后定义或不在本文件中定义，类似于函数的原型说明，需要在使用前用 extern 加以说明。,4.10 变量的存储类,void f(int i) extern int x,y ; x+=i; y+=x; int x=100, y; void main(void) f(10); coutx=xt y=yn; f(20); coutx=xt y=yn; ,/文件c1.cpp float x; extern float f( )

37、; void main(void) coutf( )n; /文件c2.cpp extern float x; . float f( ) . ,void main(void) int x=10; int x=20; coutxendl; coutxendl; ,/20 /10,void main(void) int a=1,b=2,c=3; +a; c+=+b; int b=4, c; c=b*3; a+=c; coutfirst:atbtcendl; a+=c; coutsecond:atbtcendl; coutthird:atbtcendl; ,/a=2,/b=3, c=6,/b=4,/c=12,/a=14,/a=14,b=4,c=12,/a=26,/a=26,b=4,c=12,/a=26,b=3,c=6,int x=10; void main (void) int x=5; void cude(void); cude ( ); coutxendl; void cude(void) x=x*x*x ; ,/ 文件域中 x=1000,/main 函数域中 x=5; / 输出： 5,int f (int a) i