關(guān)于函數(shù)的高級專題

1、第7章 關(guān)于函數(shù)的高級專題 合理使用函數(shù)能將程序模塊化，大大降低了問題的規(guī)模，提高了編碼效率，方便以后復(fù)用代碼。函數(shù)的參數(shù)傳遞有傳值，傳指針和傳引用3種方式，從類型的角度上看，參數(shù)不僅僅可以是系統(tǒng)內(nèi)建的數(shù)據(jù)類型，還可以是數(shù)組、結(jié)構(gòu)以及后面要介紹的類對象等等，同時，內(nèi)存使用注意事項、函數(shù)與指針的關(guān)系也是學(xué)習(xí)C+必須邁過的檻。7.1 內(nèi)存使用錯誤剖析 編寫代碼時，少不了和內(nèi)存打交道，很多程序員對此提心吊膽，稱內(nèi)存為“雷區(qū)”或“bug集中營”似乎并不過份。即使是久經(jīng)沙場的老手，有時也難免落入內(nèi)存錯誤的陷阱。本節(jié)幫助讀者了解這些常見的錯誤，在編程時加以注意，把出錯的概率降到最低。7.1.1 內(nèi)存泄露使

2、用new或malloc()動態(tài)申請的內(nèi)存，如果不再使用，應(yīng)該把它釋放掉，為程序節(jié)省內(nèi)存空間，方便后面的使用。在C/C+中，內(nèi)存管理器不會自動回收不再使用的內(nèi)存。如果忘記釋放不再使用的內(nèi)存，在程序的運行過程中，這些內(nèi)存就不能再被使用用，就造成了所謂的“內(nèi)存泄露”。內(nèi)存泄露是最為常見的錯誤，現(xiàn)在的計算機配置比較高，內(nèi)存容量很大，一兩處內(nèi)存泄露通常不至于讓程序崩潰，也不會出現(xiàn)邏輯上的錯誤，進程退出時，系統(tǒng)會自動釋放該進程所有相關(guān)的內(nèi)存，所以內(nèi)存泄露的后果相對來說并不是災(zāi)害性的。但這并不意味著完全沒有危險，如果程序規(guī)模較大、長時間運行，或者是內(nèi)存資源相對緊張的場合，內(nèi)存泄露過多會導(dǎo)致內(nèi)存耗盡，系統(tǒng)沒有

3、后繼內(nèi)存可以使用，程序可能會崩潰。第6章講過，代碼塊中聲明的局部變量在代碼塊執(zhí)行完畢后會自動消亡，那如果是在代碼塊中申請的動態(tài)內(nèi)存，系統(tǒng)會自動回收么，答案是否定的，如：if ( condition condition )int* p = new int8;7.1.2 野指針前面提到“指針消亡，并不意味著其指向的內(nèi)存會被自動釋放”，同樣“釋放動態(tài)內(nèi)存，并不意味著指針會消亡，也不意味著指針的值會改變”，如：int* p=new int8;delete p;指向完delete p后，指針p是不是就自動消亡了呢，錯，不論是使用delete/delete還是使用free()，指針p非但不會消亡，其值也保

4、持不變，并不會變?yōu)閚ull。這時，使用“if (p!=null)”進行處理也無法起到防錯作用。為此，指針被free或delete/delete后，一定要置為null，沒有置為null的指針常稱為“野指針”，釋放掉的堆內(nèi)存會被內(nèi)存管理器重新分配，野指針指向的內(nèi)存已經(jīng)被賦予新的意義。如果使用野指針釋放或再次訪問這塊內(nèi)存，會給程序帶來災(zāi)難性的后果。7.1.3 試圖修改常量 程序中出現(xiàn)的字符串常量和其他全局常量（如全局const常量），是存放在.rodata里面的，.rodata內(nèi)存頁面是不能修改的，試圖對常量修改，會引發(fā)內(nèi)存錯誤，如代碼7 2 。7.1.4 用錯sizeof運算符sizeof()可以

5、計算數(shù)組的大小（字節(jié)數(shù)），但對指針來說，sizeof僅僅得到指針變量的字節(jié)數(shù)。但當數(shù)組作為函數(shù)的參數(shù)進行傳遞時，數(shù)組退化為同類型的指針，用sizeof是無法取得數(shù)組的大小的。代碼7 3演示了sizeof的用法：7.1.5 內(nèi)存越界訪問使用指針和數(shù)組訪問某塊內(nèi)存區(qū)域時，編譯器并不會對數(shù)組下標是否越界、指針是否有效進行檢查，如果不注意，很容易造成內(nèi)存越界訪問的錯誤，內(nèi)存越界訪問有兩種：一種是讀越界，一種是寫越界，常稱作緩沖區(qū)溢出。讀越界，即讀了不屬于自己的數(shù)據(jù)，如果所讀的內(nèi)存地址是無效的，程序會立刻崩潰，但如果所讀內(nèi)存地址是有效的，在讀的時候不會出問題，但讀到的數(shù)據(jù)是隨機的，會產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。

6、寫越界，即往不該寫的內(nèi)存地址空間中寫了東西，這往往會給程序帶來很多匪夷所思的錯誤和BUG，有些癥狀是隨機的，時有時無，給問題分析帶來很多的困難。一些輔助工具可以幫忙檢查內(nèi)存越界，但從根本上說，在編程時應(yīng)十分小心，特別是對于外部傳入的參數(shù)要仔細檢查，另外，要做好程序的防錯處理。7.1.6 變量的初始化 不論是指針變量，還是普通變量，一定要時刻牢記“初始化”，雖然編譯器會對有的變量自動初始化為0，但在聲明變量時就對它進行初始化，是一個編程的好習(xí)慣，還要重視編譯器的警告信息，發(fā)現(xiàn)有引用未初始化的變量，立即修改過來。7.2 重申：函數(shù)參數(shù)傳遞和返回機制 前面已經(jīng)提及，函數(shù)的參數(shù)傳遞有值傳遞、指針傳遞和

7、引用傳遞，函數(shù)返回也可是返回值、返回指針或返回引用。拋開引用傳遞，對值和指針，不論是參數(shù)傳遞還是函數(shù)返回，理解“副本”的概念十分重要。7.2.1 參數(shù)傳遞時的“副本”先來看一下函數(shù)調(diào)用的過程，不論是值傳遞還是指針傳遞，編譯器都要為每個函數(shù)制作臨時副本，函數(shù)體中對參數(shù)的修改都是對副本的修改，對傳值調(diào)用來說，對副本的任何操作不會對傳入的參數(shù)對象有任何的影響，這很好理解，但對傳指針調(diào)用來說，情況稍顯復(fù)雜，很多人對此存在誤解。指針參數(shù)傳遞的示例代碼見代碼7 4。7.2.2 函數(shù)返回時的“副本”函數(shù)執(zhí)行完畢后，函數(shù)內(nèi)部聲明的局部變量會自動消亡，對應(yīng)的內(nèi)存被釋放，由內(nèi)存管理器收回，但返回值會被放置（復(fù)制）

8、到指定位置（可能是CPU寄存器，也可能是某個內(nèi)存單元），然后上級函從這個位置取得返回值。這個位置，可以看成是函數(shù)返回值的“副本”，這解釋了為什么可以用“return 局部變量;”來返回一個值，示例見代碼7 6。7.3 函數(shù)與指針 在前面的章節(jié)中已經(jīng)介紹了函數(shù)的傳指針參數(shù)調(diào)用，返回指針，根據(jù)數(shù)組名和指針的等價性，函數(shù)的參數(shù)也可以是數(shù)組，在這些基本概念的基礎(chǔ)上，本節(jié)討論指向函數(shù)的指針以及帶參主函數(shù)的相關(guān)內(nèi)容。7.3.1 指向函數(shù)的指針 函數(shù)是一組代碼的封裝體，這組代碼在內(nèi)存中占有一片存儲空間，該空間的起始地址存放在以函數(shù)名為名的單元的，換言之，函數(shù)名就是指向函數(shù)的常指針，這有點類似于數(shù)組名是指向數(shù)

9、組內(nèi)存空間的常指針。 (1)函數(shù)指針的聲明和初始化 （2）函數(shù)指針使用舉例7.3.2 typedef為了避免讀者對typedef的用法產(chǎn)生誤解，前面一直沒有介紹typedef的相關(guān)內(nèi)容，介紹完函數(shù)指針，來看看typedef的相關(guān)內(nèi)容。typedef用來給一個已經(jīng)存在的類型聲明一個別名，舉一個最簡單的例子:typedef int* int_p;/不要忘記分號typedef為int* 引入了一個新的助記符int_p，可以在程序中使用int_p聲明指向int型變量的指針，如：int_p pA,pB;上述代碼聲明了兩個int型指針變量pA和pB，應(yīng)當注意：typedef不同于編譯預(yù)處理命令define

10、，這種不同主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）#define是預(yù)處理指令，在編譯預(yù)處理時進行簡單的替換，不做正確性檢查，不管含義，只是簡單的替換，如：#define PI 3.14（2）define結(jié)構(gòu)可以抽象為：define A B7.3.3 通過函數(shù)指針將函數(shù)作為另一個函數(shù)的參數(shù)函數(shù)指針的一個功用是把函數(shù)地址作為參數(shù)傳送，以提高函數(shù)的通用性和靈活性，如代碼7 10 ：7.3.4 函數(shù)指針數(shù)組 指向函數(shù)的指針還可以組成指針數(shù)組，稱為函數(shù)指針數(shù)組。函數(shù)指針數(shù)組的使用范例見代碼： (詳細內(nèi)容請參照本書)7.3.5 返回函數(shù)指針的函數(shù)和普通指針一樣，函數(shù)指針也可以作為另一個函數(shù)的返回值，如代碼7 12：7.

11、4 函數(shù)與數(shù)組 前面已經(jīng)討論過數(shù)組和指針的關(guān)系，知道數(shù)組名實際上是指向數(shù)組所占內(nèi)存單元的常指針，由此可知，和指針一樣，數(shù)組既可以作函數(shù)的參數(shù)，也可以作函數(shù)的返回值。7.4.1 數(shù)組名作函數(shù)參數(shù) 數(shù)組名用作函數(shù)參數(shù)時，用以向程序傳遞數(shù)組所占內(nèi)存單元的首地址，數(shù)組名參數(shù)與指針參數(shù)的用法幾乎完全一致。有數(shù)組參數(shù)的函數(shù)原型的一般形式為： 返回類型 函數(shù)名(數(shù)組名 ,其他參數(shù)) 習(xí)慣上在參數(shù)列表中要指明數(shù)組元素的個數(shù)，在本章前面已經(jīng)說明，在函數(shù)內(nèi)部使用sizeof(數(shù)組名)返回的只是指針大小，而不是數(shù)組大小，因此，在參數(shù)列表中顯式注明數(shù)組元素的個數(shù)是個好的編程習(xí)慣，當然，如果能保證不會出現(xiàn)越界訪問的情況

12、，這個參數(shù)可以省略。理論上，“數(shù)組名”中是空的，沒有數(shù)字，如果在其中寫明元素大小，編譯器也不予理會，不會做錯誤檢驗。7.4.2 通過指針得到多于1個的回傳值 理論上說，C+函數(shù)最多只能有1個返回值（return返回值），因此，由函數(shù)返回數(shù)組似乎是不可能的，實際上，使用指針可以使函數(shù)得到多于1個回傳值。 （1）返回指針變量 返回指針變量，便可以對指針指向的一片內(nèi)存區(qū)域進行讀寫，需要注意的是：不可返回指向棧內(nèi)存的指針，否則會出現(xiàn)“野指針”內(nèi)存錯誤。 （2）通過指針參數(shù)修改多個變量的值。7.5 函數(shù)與結(jié)構(gòu)體、共用體及類對象 前面已經(jīng)講過結(jié)構(gòu)體和共用體的概念，結(jié)構(gòu)體和共用體將數(shù)據(jù)整合為一個單獨的實體。

13、結(jié)構(gòu)體變量、共用體變量以及后面要介紹到的類對象，用法都接近于普通的變量，對結(jié)構(gòu)體變量、共用體變量和類對象來說，函數(shù)支持其傳值、傳指針和傳引用調(diào)用，同時，函數(shù)可返回結(jié)構(gòu)體變量、共用體變量和類對象，也可返回指向這些變量的指針和引用。 下面以結(jié)構(gòu)體來討論使用方式，共用體和類對象與結(jié)構(gòu)體在函數(shù)調(diào)用和返回的機制上是一致的。7.5.1 3種參數(shù)調(diào)用 同其他變量一樣，結(jié)構(gòu)變量也可以作為函數(shù)的參數(shù)，請看代碼。 （詳細內(nèi)容請參照本書）7.5.2 3種返回機制 函數(shù)的返回機制同樣有返回結(jié)構(gòu)變量，返回指向結(jié)構(gòu)變量的指針和返回引用3種方式，和參數(shù)傳遞一樣，返回結(jié)構(gòu)變量需要復(fù)制“結(jié)果”，浪費時間和空間，傳遞指針和引用能

14、有效提高效率，詳細的用法與第6章中講述的普通變量的3種返回機制完全一致。7.6 函數(shù)編寫的建議 本節(jié)簡單討論下如何寫出高效，不易出錯的代碼，當然，這些建議只是最基本的幾條，在網(wǎng)絡(luò)上或者專門討論C+編程技巧的教材中，討論函數(shù)編寫原則和建議的篇幅是這里的幾十倍，這里權(quán)當是拋磚引玉，有效與否還靠讀者的理解和檢驗。7.6.1 合理使用const在指針傳遞或引用傳遞時，如果參數(shù)僅僅是輸入用，則應(yīng)在類型前加const，以防止指針在函數(shù)體內(nèi)被意外修改，若輸入?yún)?shù)采用“值傳遞”方式，函數(shù)將自動產(chǎn)生臨時變量用于復(fù)制該參數(shù)，該參數(shù)本就不需要保護，不用const修飾。 對于非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的輸入?yún)?shù)，尤其是占內(nèi)存字節(jié)

15、較多的參數(shù)，應(yīng)該將“值傳遞”改為“const引用傳遞”，以提高效率。但對內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的輸入?yún)?shù)而言，不要將“值傳遞”的方式改為“const引用傳遞”。否則既達不到提高效率的目的，又降低了函數(shù)的可理解性。C+中，返回值也可用const修飾，這樣，在返回引用或指針時，不允許使用如下述代碼的形式對返回值改寫：函數(shù)名(參數(shù)表)表達式;7.6.2 檢查輸入?yún)?shù)的有效性 很多函數(shù)代碼本身并沒有太大問題，常常是輸入?yún)?shù)出錯或出現(xiàn)了沒有考慮到的情況，推薦的檢查方式是采用assert宏，關(guān)于assert宏的詳細介紹請參考第20章。此外，還要檢查一些全局變量、指針等是否有效。7.6.3 函數(shù)返回類型的判斷 返回值是傳值、傳指針還是傳引用，在函數(shù)設(shè)計和編寫過程中要規(guī)劃好。這不僅牽扯到函數(shù)返回的效率，而且還要保證返回的指針和引用指向的不是棧內(nèi)存，否則，極容易形成“野指針”。7.7 小結(jié)本章討論了一些和函數(shù)相關(guān)的相對高階的內(nèi)容，以前面幾章的內(nèi)容為基礎(chǔ)，首先介紹了C+程序中經(jīng)常出現(xiàn)的內(nèi)存錯誤，這往往是很多初學(xué)者忽略的東西，結(jié)果讓程序到處是漏洞，無從運行。對函數(shù)參數(shù)傳遞和返回機制進行了“重申”，理解“副本”的概念，不論是傳值還是傳指針調(diào)用，都存在“復(fù)制品”，不同的是傳指針僅僅復(fù)制指針變量占據(jù)的4個字節(jié)（某些系統(tǒng)是2個字節(jié)），效率相比傳值調(diào)用要高