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【C++基础】第6章：函数
函数
- 1 函数基础
- 1.1 函数：封装了一段代码，可以在一次执行过程中被反复调用。
- 1.1.1 函数头（如上图第4行）
- 1.1.2 函数体（如第一张图的5~7行）
- 1.2 函数声明与定义
- 1.3 函数调用
- 1.4 拷贝过程的（强制）省略
- 1.5 函数的外部链接
- 2 函数详解
- 2.1 参数
- 2.1.1 函数可以在函数头的小括号中包含零到多个形参
- 2.1.2 函数传值、传址、传引用
- 2.1.3 函数传参过程中的类型退化
- 2.1.4 变长参数
- 2.1.5 函数可以定义缺省实参
- 2.1.6 main 函数的两个版本
- 2.2 函数体
- 2.2.1 函数体形成域
- 2.2.2 函数体执行完成时的返回
- 2.2.2.1 隐式返回
- 2.2.2.2 显式返回关键字： return
- 2.2.2.3 小心返回自动对象的引用或指针
- 2.2.2.4 返回值优化（ RVO ）—— C++17 对返回临时对象的强制优化
- 2.3 返回类型
- 2.3.1 返回类型表示了函数计算结果的类型，可以为 void
- 2.3.2 返回类型的几种书写方式
- 2.3.2.1 经典方法：位于函数头的前部
- 2.3.2.2 C++11 引入的方式：位于函数头的后部
- 2.3.2.3 C++14 引入的方式：返回类型的自动推导
- 2.3.2.4 扩展：使用 constexpr if “ 构造具有不同返回类型” 的函数
- 2.3.3 返回类型与结构化绑定（ C++ 17 ）
- 2.3.4 [[nodiscard]] 属性（ C++ 17 ）
- 3 函数重载与重载解析
- 3.1 函数重载：使用相同的函数名定义多个函数，每个函数具有不同的参数列表
- 3.2 编译器如何选择正确的版本完成函数调用 ?
- 3.3 名称查找（广义重载解析的第一步）
- 3.3.1 限定查找（ qualified lookup ）
- 3.3.2 非限定查找（ unqualified lookup ）
- 3.3.3 实参依赖查找（ Argument Dependent Lookup: ADL ）
- 3.3.4 函数模板、类模板的实参依赖查找（ADL）
- 3.4 重载解析：在名称查找的基础上进一步选择合适的调用函数
- 3.4.1 过滤不能被调用的版本 (non-viable candidates)
- 3.4.2 在剩余版本中查找与调用表达式最匹配（实参和形参进行匹配）的版本，匹配级别越低越好（有特殊规则）
- 4 函数相关的其它内容
- 4.1 递归函数：在函数体中调用其自身的函数
- 4.2 内联函数
- 4.3 constexpr 函数 (C++11 起 )
- 4.4 consteval 函数 (C++20 起 )
- 4.5 constexpr 函数 / consteval 函数与内联函数的关系
- 4.6 函数指针
- 4.6.1 函数类型
- 4.6.1.1 数组类型和函数类型的异同
- 4.6.2 函数指针类型
- 4.6.2.1 数组的指针类型
- 4.6.2.2 函数的指针类型
- 4.6.2.3 函数指针类型继续和数组比较
- 4.6.3 函数指针与重载
- 4.6.4 将函数指针作为函数参数
- 4.6.5 将函数指针作为函数返回值
- 4.6.6 小心： Most vexing parse最令人苦恼的解析
1 函数基础
1.1 函数：封装了一段代码，可以在一次执行过程中被反复调用。
4~7行定义了一个函数Add，在11行调用函数Add：
1.1.1 函数头（如上图第4行）
- 函数名称（如上图的Add）——标识符，用于后续的调用
- 形式参数（上图的x和y）——代表函数的输入参数
- 返回类型（如上图的int）——函数执行完成后所返回的结果类型
1.1.2 函数体（如第一张图的5~7行）
函数体是一个语句块（ block ）（需要带有{ }），包含了具体的计算逻辑。
1.2 函数声明与定义
- 函数声明只包含函数头，不包含函数体，通常置于头文件中
上图橙色，既包含函数头也包含函数体，就是函数的定义。
函数的声明：
- 为什么要区分函数的声明和定义？
函数声明可出现多次，但函数定义通常只能出现一次（存在例外，内联函数可以在不同的翻译单元里出现多次，我们只要保证每个翻译单元内出现一次就行）。
下图4~6行是函数声明，可以出现多个函数声明。
但函数定义不能出现多次：
声明一般放在头文件（.h）里面：
- 把声明放入头文件里：
- 在main.cpp里面，我们可以通过#include "xxx.h"引入xxx.h头文件声明
1.3 函数调用
- 需要提供函数名与实际参数
实际参数用在函数调用；形参用在函数定义里。
- 实际参数拷贝初始化形式参数
如下图，x会使用2来拷贝初始化，y会用3来拷贝初始化
- 返回值会被拷贝给函数的调用者
- 栈帧结构
如下图7行，我们在调用函数的过程中，函数可能包含一些参数，变量，所有的这些东西都会放在内存当中，这些东西在内存中是通过栈帧（Frame）结构来组织的。
下图每个方框都叫栈，栈的特点是后进先出（往里面放东西，拿出来时是最后放进去的最先拿出来）。
funcA Frame是一帧，这一帧里面可能包含了funcA所调用需要的一些信息，包括它的形参、变量等。接下来，funcA可能会调用funcB，此时系统会在funA上再开辟一块内存（新的一帧），funB可能会调用funC。。。以此类推
当funC调用结束后，funC这一帧会被扔出去（后进先出），此时funB又活了，系统又funcB这个状态，funcB执行完之后，系统又回到funcA这个状态：
对于下图代码：main算一帧，main函数里面又调用Add函数（又算一帧），当Add这一帧执行完后出栈了，再回到mian这一帧
1.4 拷贝过程的（强制）省略
- 返回值优化
- C++17 强制省略拷贝临时对象
1.5 函数的外部链接
将c++函数的外部链接转换成c语言的函数外部链接：（但这样就不支持函数重载了）
2 函数详解
2.1 参数
2.1.1 函数可以在函数头的小括号中包含零到多个形参
0个形参：
2个形参：
- 包含零个形参时，可以使用 void 标记
等价于：
- 对于非模板函数来说，其每个形参都有确定的类型，但形参可以没有名称
形参名称的作用：在函数内我们可以使用这个形参名称来去访问实参所对应的数字，如下图，我们可以使用x来访问fun(1)中的实参1。
不写形参名称也可以通过编译：（一般这么写是留出接口以作备用）
- 形参名称的变化并不会引入函数的不同版本
这样不算引入不同函数版本，依旧算函数重复定义：
- 实参到形参的拷贝求值顺序不定
如下图，是先用1来初始化z，还是先用2来初始化y，这个初始化的顺序是不确定的。
由于这种不确定性，如果我们写出一下这样的代码会很危险：（不同编译器下y输出结果可能不同）
- C++17 强制省略复制临时对象
我们在调用10行的1和2时，会把1拷贝给z，2拷贝给y，
但有一种情况：
橙色相当于建立了一个临时对象。当我们将这个临时对象拷贝给y时，c++17标准而言，我们会把这个拷贝的过程强制省略掉，也即并不会把int{}拷贝给y。
2.1.2 函数传值、传址、传引用
-
传值
下图在fun调用后，arg的值不会发生改变。这样的行为叫传值：（只是把arg的值传给了par）
因为，上图等价于：
-
传址
等价于：
-
传引用
上图，par被绑定到arg上，那么接下来对par的任何修改，都会影响arg的值。
2.1.3 函数传参过程中的类型退化
之前我们定义一个数组（10行），然后11行中的b并不是指代数组，b的类型会发生退化，退化为int型指针，指向a数组中的第一个元素，这就是拷贝初始化中引入的自动类型退化：
- 实际上我们调用函数时传入参数，这也是拷贝初始化的过程。因此，如果我们这样写：
上图代码是合法的。（我们可以用a来拷贝初始化par）。
对于函数调用，我们还可以这么写：
或：
但实际上，上面这3种写法，编译器都会把par理解成指针。
- 多维数组
上图ptr的类型是一个指针，但这个多维数组只有最高维才被退化。
与之类似，如果想定义一个函数来接收二维数组，下图代码这么写肯定出错：
应改为：
由上图可知，我们可以使用a来拷贝初始化(*ptr)[4]类型的对象。
当然我们也可以按下图这么写，但是编译器会忽略[3]，还是会把par设为一个指针，这个指针指向int[4]这样的数组。
- 如何阻止类型退化？
相应地，我们如果要防止类型退化，我们可以使用引用。
2.1.4 变长参数
- initializer_list（初始化列表）
我们可以通过上述方式使得fun函数传入的参数个数发生改变。
关于initializer_list，有两点需要声明：
（1）initializer_list中的int指initializer_list里面包含的元素类型，如果我们使用initializer_list传递一些变长参数，那么我们传递的这些类型的参数必须是完全相同的。如果传入的参数类型不同（如下图）：报错（"123"无法转换为int）。
（2）使用initializer_list，通常都如下图橙色这么写，我们不会把它改为initializer_list引用、initializer_list指针。
另外，下图这么写代码非常危险：
- 可变长度模板参数
传入的参数的类型可以不同。讨论模板
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