语法级-函数

# 函数

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## 一、函数的定义

常量：`const int a=10；`

变量： `int a;`

```c++
int sum = 0;
for(int i=1; i <= 5; ++i)
{
    sum = sum + i;
}
cout << sum;
```

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这个只能做从1加到5，我们想从1加到10，加到n呢？我们只能改程序中的for的条件，

```c++
int sum = 0;
int n = 5;

for(int i=1; i <= n; ++i)
{
    sum = sum + i;
}
cout << sum;
```

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爸爸给小明买了一个复读机，不管小明说什么，复读机都能一摸一样的读出来。

在程序里，复读机可以设计成一个函数，每次调用这个函数，传入一句话（字符串）作为参数，函数就会输出这句话。

```c++
void repeat(string s) {
	cout << s << endl;  
}
```

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#### 1、函数的简介

函数是实现程序模块化结构的重要手段，用来封装重复代码，提炼成某一类特定的任务，供程序调用。

* 有些函数系统已经封装好了，可以直接调用，例如cmath类库里的min函数求最小值,sqrt,abs,fabs,strlen。
* 有些函数则需要根据自己的需求进行封装，例如封装一个输出5个星号的函数。

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#### 2、函数的声明

```c++
返回值类型  函数名（参数列表）；
int min(int a, int b);
```

函数的声明由以下几部分组成：

* 返回值类型：声明这个函数要返回的结果的类型，void表示无返回。
* 函数名：描述函数的意思和用途，调用的时候要一摸一样。
* 参数列表：小括号里面，表示函数要传入哪些参数。

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#### 3、函数的调用

根据函数的声明，就可以对函数进行调用：

```c++
返回值类型 变量 = 函数名(传入参数列表);
   int a = min(3, 5);
```

`void`：void类型表示无返回，调用的时候，不需要返回 ，例如：

```c
show(10);
```

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#### 4、函数的定义

如果自己封装一个函数，就要在声明的基础上进行定义（增加函数体部分）：

```c++
返回值类型  函数名（参数列表）
{
    //函数体，在这里实现函数的代码，并且返回结果
}
```

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* 函数体里面默认定义了参数列表里的局部参数。
* 使用return 语句返回结果，类型要和声明的返回值类型一致，例如return 0。
* 一般return语句在最后执行，如果中间被执行到，则后面的语句不会继续执行。
* void表示不需要返回，但也可以在函数体中间直接使用return语句返回。

`注意`：不能在函数里面定义函数。

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#### 5、先定义后调用

* c++语言采用先定义、后调用的方式，函数定义需要在调用代码之前。
* 假如想把定义放到调用之后，可以把函数的声明先放到调用前面，然后在调用后面定义函数。
  ```c++
  //函数声明
  int abs(int a);
  
  int main() {
    int a = abs(3); //调用
    cout << a << endl;
    return 0;
  }
  
  //函数定义
  int abs(int a) {
    //函数体实现
  }
  ```

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#### 6、函数定义与编译过程（选）

计算机只能识别和执行机器语言，`编译`就是指将高级语言翻译成机器语言的过程。

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编译包括：预处理、编译、链接三个过程。

* 预处理：处理#include（包含）、#define（宏定义）等。
* 编译：将每个代码文件翻译成目标文件（后缀是.o）。
* 链接：将多个目标文件链接起来，组成可执行文件（win下后缀是.exe）

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代码的运行就是指调用最后链接成的可执行文件。

函数声明后，可以调用，此时能通过编译，但是在链接的时候会报错（因为函数具体的实现没有），导致可执行文件不能生成。

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#### 7、重名错误（选）

如果有变量和函数重名了，就会报重名的错误。

例如：

* 如果有个变量名为min，再调用min函数，就会报错。
  
  ```c++
  int min=0;
    int a = min(3, 5);
  ```
* 但如果变量名在函数调用后面，就不会报错。
  
  ```c++
  int a = min(3, 5);
    int min = 0;
  ```

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#### 8、例题：一本通p1150

参考代码：

```c++
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
int n;
int isFullNum(int k);
int isFullNum(int k)
{
    // k = a * b ,a <= b;
    int sum = 1;
    for (int i = 2; i * i <= k; ++i)
    {
        if (k % i == 0)
        {
            sum = sum + i + k / i;
        }
    }
    if (sum == k)
    {
        return 1;
    }
    return 0;
}
int main(void)
{
    cin >> n;
    //2...n 的每一个数都去看一看，这个数的因子和是否与这个数相同
    for (int i = 2; i <= n; ++i)
    {
        //i是这个数，i是否是完全数
        if (isFullNum(i))
        {
            cout << i << endl;
        }
    }

return 0;
}
```

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一本通1152

```c++
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include<cmath>
#include <cstring>
using namespace std;
int a, b, c;//全局变量
int max3(int x, int y, int z);// 函数声明
int main(void)
{
    cin >> a >> b >> c;
    float m;
    float m1, m2, m3;
    m1 = max3(a, b, c);
    m2 = max3(a + b, b, c);
    m3 = max3(a, b, b + c);
    m = m1 / (m2 * m3);
    printf("%.3f\n", m);

return 0;
}
int max3(int x,int y,int z) // 函数定义
{
    return max(max(x, y), z);
}
```

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## 二、函数的参数

#### 1、形参和实参

* `形参`：函数定义的参数称之为形式参数（简称形参），形参的名字是可以自由修改的，相当于在函数体里定义变量。
  
  ```c++
  int add(int a, int b) {
      return a + b;
    }
  ```

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* `实参`：调用函数的时候，传递给函数的为实际参数（简称实参）。
  
  - 实参要与形参个数一致、顺序一致、类型一致（会自动转换）。
  - 调用时，实参前面不需要加参数类型，
  - 实参可以是变量、常量、表达式、函数调用等。
    ```c++
    add(1, 2);//变量
    add(n,  3); //常量
    add(5*4, 10); //表达式
    add(add(3, 4), 5); //函数调用
    ```

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* 默认值：可以给形参指定默认值，如果调用时不传入该实参，则使用默认值。
  
  ```c++
  int add(int a, int b=10) { return a+b; }
   int sum = add(3);  //结果是3+10 = 13
  ```
* 内存：当函数被调用的时候，为形参分配内存，把实参的值赋给形参（值传递），当函数结束时，内存被释放。多次函数调用时，分配的是多个内存地址。

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#### 2、值传递

实参和形参的传递有几种值传递、引用传递、指针传递等。

* 值传递：在调用时，把实参的值拷贝给形参，这种传递是单向的，在函数体里面修改了形参的值，函数结束后不会影响到实参变量的值。
* 引用传递和指针传递：这两种传递方式是双向的，函数体里面修改了形参的值，函数结束后会影响到实参变量的值。

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值传递和引用传递：

```c++
void change(int a) {//值传递
//void change(int &a) {//引用传递
   a++; 
}

int n = 3;
change(n); 
cout << n; //n还是3，没有改变
```

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#### 3. 局部变量和全局变量

##### 3.1 局部变量：

* 函数体里定义的变量，为局部变量，函数外面不能调用这个变量。
* 形参可以看成是函数的局部变量。
* 代码块（用大括号框起来的）里定义的变量，只能在该代码块中调用。
* 局部变量需要显式初始化，否则初始值不确定。

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##### 3.2 全局变量：

* 在函数外面定义的变量，为全局变量，后面的所有函数都能调用这个全局变量。
* 全局变量会被自动初始化为$0$。

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##### 3.3 同名冲突

* 两个全局变量同名，会报错。
* 同一个函数里两个局部变量同名，会报错。
* 函数的局部变量和函数里代码块的局部变量同名，会报错。
* 不同函数的局部变量同名，没关系，调用自己函数的局部变量。
* 两个代码块里面的局部变量同名，没关系，调用自己代码块的局部变量。
* 全局变量与函数局部变量同名，没关系，函数里调用的是局部变量，函数外面调用的是全局变量。
* 如果函数里想调用同名的全局变量，使用::变量名。

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## 三、函数的嵌套

#### 1、函数嵌套

函数可以继续调用其它函数，但main函数不能给别的函数调用。

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调用函数的时候，就会经历一次保存现场、进入调用函数、调用函数返回、恢复现场继续往下执行的过程，如果产生多级嵌套调用，那么保存现场和恢复现场的过程就会形成一种深V的结构。

```c++
enter f1            f1 return
enter   f2       f2    return
enter      f3 f3       return
enter       f4         return
```

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#### 2、函数嵌套的主要作用

函数封装、嵌套的主要作用：代码封装、模块化、重用，小步编码和测试。

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## 四、函数递归

#### 1、递归调用

函数直接或间接调用了自己，称之为递归调用。

如果递归调用一直没有停止，则无限次保存现场（没有恢复）的结果就会导致栈溢出，所以，正常的递归一定要有停止条件，我们可以理解成“有去有回”。

![12](https://ss0.bdstatic.com/70cFuHSh_Q1YnxGkpoWK1HF6hhy/it/u=3242572376,489213452&fm=26&gp=0.jpg)

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#### 2、递归函数

正常递归的两大要素：

* 递归关系式：描述本次调用和上次调用的关系。
* 停止条件：当递归到某一个条件时，不需要继续递归下去，可直接处理结果。

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例子： f(n)= 1 + 2 + 3 + 4 +... + n。

* 递归关系式： f(n) = n + f(n-1);   n > 1
* 停止条件： f(1) = 1;                   n = 1

这两点合起来，就可以定义为为递归函数。

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#### 3、代码框架

```c++
int f(int n) {
  if (n == 1) return 1;  //最小问题，直接返回
  return n + f(n-1);  //问题范围变小
}
```

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#### 4、递归和循环的差异？（选）

* 循环递推：从前往后推，如果没有结束条件会死循环。
* 递归函数：从后往前推，函数自己调用自己，有入栈出栈的操作，如果没有终止条件会栈溢出。

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#### 5、主要场景（选）

函数递归的主要场景：解问题，将大问题转化为小问题，直到可直接求解的规模，再依次返回。

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#### 6、尾递归（选）

如果递归的最后一步是直接返回下一次运算结果，例如：return f(n-1)。则编译器会进行优化，使之底层通过循环递推来实现。

如果最后一步还需要在下一次运算结果上进行运算，例如：return 1 + f(n-1)。则编译器没法优化，需要占用入栈出栈的操作。

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## 五、例题

####一本通 1160：倒序数

[【1160：倒序数】](http://ybt.ssoier.cn:8088/problem_show.php?pid=1160)

解法一：（字符串）

```c++
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;

int main()
{
    string s;
    cin >> s;
    for (int i = s.length()-1; i >= 0; --i)
    {
        cout << s[i];
    }
    return 0;
}
```

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解法二：（递推）

```c++
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;

int a;
int main()
{
    cin >> a;
    while(a)
    {
        cout << a % 10;
        a = a / 10;
    }
    return 0;
}
```

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解法三：（递归）

```c++
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;

int a;
void f(int n);
void f(int n)
{
    if(n <= 10) 
    {
        cout << n;
        return;
    }
    cout << n % 10;
    f(n / 10);

}
int main()
{
    cin >> a;

f(a);
    return 0
        
}
```

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