C++程序設計 第二版 楊長興 第三章

第3章函數(shù)和編譯預處理優(yōu)化第2章的內(nèi)容，把功能上獨立、經(jīng)常使用的程序片段寫成函數(shù)，在需要時調用這個函數(shù)，避免在多個需要的地方重復書寫同樣的程序片段。這也是公用、通用程序共享的方法。3.1函數(shù)概述

3.2函數(shù)的定義和調用

3.3函數(shù)的參數(shù)傳遞

3.4函數(shù)的嵌套調用和遞歸調用

3.5內(nèi)置函數(shù)

3.6變量和函數(shù)的屬性

3.7編譯預處理

3.1概述把一個大程序劃分為若干個程序模塊(小程序單位

)，每一個模塊實現(xiàn)一部分功能。不同的程序模塊可以由不同的人來完成。每個程序模塊可以單獨進行編譯，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，可以在本程序模塊范圍內(nèi)查錯并改正。這就是程序中運用函數(shù)的思想。把實現(xiàn)某一特定功能的相關語句按某種格式組織在一起形成一個程序單位，并給程序單位取一個相應的名稱，這樣的一個程序單位就叫函數(shù)(function)。函數(shù)有時也被稱作例程或過程；而給程序單位所起的相應名稱被稱作函數(shù)名。

任何程序必須有一個、且只有一個主函數(shù)main()；但可以有n個自定義函數(shù)（n≥0）。圖3.１是一個程序中函數(shù)調用的示意圖。圖3.１main()func1()func2()func3()func5()func4()例3.1在主函數(shù)中調用其他函數(shù)。//*****ex3_1.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;doubleS1,S2;//定義變量S1和S2分別存放兩數(shù)和與兩數(shù)積doubleadd(doublex,doubley) //定義add()函數(shù){S1=x+y;returnS1;}doublemultiply(doublex,doubley) //定義multiply()函數(shù){S2=x*y;returnS2;}voidoutput(void) //定義output()函數(shù){cout<<"兩數(shù)和S1="<<S1<<"，"<<"兩數(shù)積S2="<<S2<<endl;} //輸出結果voidmain(void){doublea,b;cout<<"請輸入兩個數(shù)："<<endl;cin>>a>>b;S1=add(a,b); //調用add()函數(shù)

S2=multiply(a,b); //調用multiply()函數(shù)

output();//調用Output()函數(shù)}

若用戶從鍵盤輸入的數(shù)是9.05.0,則運行結果如下：請輸入兩個數(shù)：9.0

5.0↙兩數(shù)和S1=14，兩數(shù)積S2=45

從用戶使用的角度看，函數(shù)有兩種：(1)系統(tǒng)函數(shù)，即庫函數(shù)。這是由編譯系統(tǒng)提供的，用戶不必自己定義這些函數(shù)，可以直接使用它們。(2)用戶自己定義的函數(shù)。用以解決用戶的專門需要。從函數(shù)的形式看，函數(shù)分兩類：(1)無參函數(shù)。調用函數(shù)時不必給出參數(shù)。(2)有參函數(shù)。在調用函數(shù)時，要給出參數(shù)。在主調函數(shù)和被調用函數(shù)之間有數(shù)據(jù)傳遞。3.2函數(shù)的定義和調用3.2.1定義函數(shù)的一般形式定義函數(shù)的一般形式如下：類型標識符函數(shù)名([形式參數(shù)列表]){聲明語句執(zhí)行語句}(1)對庫函數(shù)的聲明在程序文件頭用#include語句將與庫函數(shù)有關的文件包含到本程序中來，就完成了對庫函數(shù)的聲明。(2)對自定義函數(shù)的聲明須在調用某自定義函數(shù)之前寫如下聲明語句：函數(shù)類型關鍵字函數(shù)名([參數(shù)1類型，參數(shù)1名稱][,參數(shù)2類型，參數(shù)2名稱][…]);

3.2.2函數(shù)的聲明（2）對自定義函數(shù)的聲明（續(xù)）也可以用下列簡略式聲明：函數(shù)類型關鍵字函數(shù)名([參數(shù)1類型][,參數(shù)2類型][,…]);函數(shù)類型關鍵字函數(shù)名([參數(shù)1類型，標識符1][,參數(shù)2類型，標識符2][,…]);C++的函數(shù)原型。其中，標識符可用任何合法名稱。3.2.2函數(shù)的聲明【例3.2】函數(shù)聲明示例：設被調函數(shù)area()和volum()分別求園面積和圓柱體體積。程序代碼如下：//*****ex3_2.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;voidmain(){doublevolum(float,float); //聲明求圓柱體體積的volum()函數(shù)

doublearea(floatr); //聲明求園面積的area()函數(shù)

floatr,h;

doubles,v;cout<<"pleaseinputr,h:";cin>>r>>h;s=area(r);v=volum(r,h);cout<<"s="<<s<<","<<"v="<<v<<endl;}

doublevolum(floatx,floaty) //定義volum()函數(shù){doublearea(floatr);//聲明求園面積的area()函數(shù)

doublez1,z2;z1=area(x);z2=z1*y;return(z2);

}doublearea(floatx) //定義area()函數(shù){doublez;z=3.14*x*x;return(z);}程序的運行結果如下：pleaseinputa,b:

10.02.0↙s=314,v=628

說明：（1）對函數(shù)的定義和函數(shù)聲明是兩回事，不要混淆。（2）之所以函數(shù)原型中可以省略形式參數(shù)的名稱，是因為形式參數(shù)的名稱是無關緊要的，且在調用前形參并不存在。（3）函數(shù)聲明語句的位置。函數(shù)聲明語句可以放在主調函數(shù)中，也可放在函數(shù)外面，只要出現(xiàn)在調用語句之前即聲明有效。3.2.3函數(shù)的返回值(1)函數(shù)的返回值是通過函數(shù)中的return語句獲得的。return語句將被調用函數(shù)中的一個確定值帶回主調函數(shù)中去。return語句后面的括號可以要，也可以不要。return后面的值可以是一個表達式。(2)函數(shù)值的類型。應當在定義函數(shù)時的首行開頭指定函數(shù)值的類型。(3)如果函數(shù)值的類型和return語句中表達式的值不一致，則以函數(shù)類型為準，即函數(shù)類型決定返回值的類型。對數(shù)值型數(shù)據(jù)，可以自動進行類型轉換。編譯系統(tǒng)對聲明語句并不檢查參數(shù)名；因此參數(shù)名是什么都無所謂。上面程序中的聲明也可以寫成：floatadd(floata，floatb);

//參數(shù)名不用x、y，而用a、b，效果完全相同。應當保證函數(shù)原型聲明語句與函數(shù)首部寫法上的一致，即函數(shù)類型、函數(shù)名、參數(shù)個數(shù)、參數(shù)類型和參數(shù)順序必須相同。說明：前面已說明，如果被調用函數(shù)的定義出現(xiàn)在主調函數(shù)之前，可以不必加以聲明。(2)函數(shù)聲明的位置可以在函數(shù)內(nèi)，也可以在函數(shù)之外。例如，若下列inti(float,float)函數(shù)被其它所有函數(shù)調用，可以只寫一個聲明語句－－寫在所有函數(shù)外面；若寫在函數(shù)內(nèi)部，則每個函數(shù)內(nèi)部都要寫聲明語句：

charletter(char,char);//函數(shù)聲明語句floatf(float,float)；//函數(shù)聲明語句inti(float,float)；//函數(shù)聲明語句intmain()//在main函數(shù)中不必作聲明而可以調用以上三個函數(shù)｛…｝charletter(charc1,charc2)//定義letter函數(shù)｛…｝floatf(floatx,floaty)//定義f函數(shù)｛…｝

inti(floatj，floatk)//定義i函數(shù)｛…｝如果一個函數(shù)被多個函數(shù)所調用，用這種方法比較好，不必在每個主調函數(shù)中重復聲明。函數(shù)調用的一般形式：函數(shù)名([實際參數(shù)列表])如果是調用無參函數(shù)，則沒有“實際參數(shù)列表”，但函數(shù)名后面的括號()不能省略。如果實際參數(shù)列表包含多個實參，則各參數(shù)間用逗號隔開。實參與形參的個數(shù)應相等，類型應匹配(相同或賦值兼容)。實參與形參按順序對應，一對一地傳遞數(shù)據(jù)。但應說明，如果實參表列包括多個實參，對實參求值的順序并不是確定的。3.2.4函數(shù)的調用按函數(shù)在語句中的作用來分，可以有以下3種函數(shù)調用方式：１.函數(shù)語句把函數(shù)調用單獨作為一個語句，并不要求函數(shù)帶回一個值，只是要求函數(shù)完成一定的操作。如【例3.1】中的print_word()函數(shù)調用語句。2.函數(shù)表達式函數(shù)出現(xiàn)在一個表達式中，這時要求函數(shù)帶回一個確定的值以參加表達式的運算。如：c=2*max(a,b);3.函數(shù)參數(shù)函數(shù)調用作為一個函數(shù)的實參。如m=max(a,max(b,c));//max(b,c)是函數(shù)調用，其值作為外層max函數(shù)調用的一個實參函數(shù)調用的方式3.3函數(shù)的參數(shù)傳遞

形參：在定義函數(shù)時函數(shù)名后面括號中的變量名稱為形式參數(shù)（formalparameter)，簡稱形參。形參是無內(nèi)存單元（因而不存在）的任何合法標識符。實參：在調用一個函數(shù)時，調用語句的函數(shù)名后面括號中的參數(shù)稱為實際參數(shù)（actualparameter），簡稱實參。實參是實際存在（因而有特定值）的常量、變量或表達式。

【例3.3】形參和實參及其數(shù)據(jù)傳遞。//*****ex3_3.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;doublepow(floatx,intn)

//定義函數(shù)pow，求x的n次冪，x和n是形參{inti;doubles=1;for(i=1;i<=n;i++)s=s*x;return(s);}voidmain(){floata;intm;doublec;cout<<"pleaseinputthevaluesofaandm:";cin>>a>>m;c=pow(a,m);

//調用函數(shù)pow()，a和m是實參。函數(shù)值賦給變量ccout<<"Theresultis:"<<c<<endl;}程序的運行結果如下：pleaseinputthevaluesofaandm:2.03↙Theresultis:8有關形參與實參的說明：(1)在定義函數(shù)時指定的形參，在未出現(xiàn)函數(shù)調用時，它們并不占內(nèi)存中的存儲單元，因此稱它們是形式參數(shù)或虛擬參數(shù)，表示它們并不是實際存在的數(shù)據(jù)，只有在發(fā)生函數(shù)調用時，函數(shù)max中的形參才被分配內(nèi)存單元，以便接收從實參傳來的數(shù)據(jù)。在調用結束后，形參所占的內(nèi)存單元也被釋放。(2)實參可以是常量、變量或表達式，如max(3,a+b)；但要求a和b有確定的值。以便在調用函數(shù)時將實參的值賦給形參。(3)在定義函數(shù)時，必須在函數(shù)首部指定形參的類型，至于形參使用何名字可隨意。

(4)實參與形參的類型應相同或賦值兼容。如果提供的實參與形參的類型不一致，則調用時會把實參類型強制轉換成形參類型。3.3.2參數(shù)的值傳遞

值傳遞參數(shù)的實現(xiàn)是系統(tǒng)將實參拷貝一個副本給形參，拷貝后兩者就斷開關系。在被調函數(shù)中，形參可以被改變，但這只影響副本中的形參值，而不影響調用函數(shù)的實參值。所以這類函數(shù)有對原始數(shù)據(jù)保護的作用。換一句話說，這種參數(shù)傳遞機制是單向影響，即只能由實參將值傳給形參（實參影響形參）；而形參在函數(shù)中的值如果發(fā)生修改，不會反過來影響與之對應的實參。【例3.4】參數(shù)值傳遞的演示。//*****ex3_4.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;intmax(intx,inty) /定義有參函數(shù)max，求兩數(shù)最大值，x和y是形參{floatm;cout<<"x,y的初始值是:"<<x<<","<<y<<endl;m=x>y?x:y;

x=2*x;y=y+1;cout<<"x,y后來的值是:"<<x<<","<<y<<endl;return(m);}voidmain(){inta,b,c;cout<<"請輸入兩個整數(shù):";cin>>a>>b;c=max(a,b); //調用函數(shù)max，a和b是實參，函數(shù)值賦給變量ccout<<"兩數(shù)的較大數(shù)是:"<<c<<endl;cout<<"調用函數(shù)后的a、b值分別是:"<<a<<","<<b<<endl;}

程序的運行結果如下：請輸入兩個整數(shù):

38↙x,y的初始值是:

3,8x,y后來的值是:6,9

3.3.3參數(shù)的地址傳遞除了3.3.2小節(jié)介紹的值傳遞參數(shù)方式外，函數(shù)調用還有一種特殊的值傳遞形式，即傳遞的值不是一般的數(shù)值，而是一些內(nèi)存單元地址編號（即地址），這時，一般稱之為參數(shù)的地址傳遞。在這種參數(shù)傳遞形式中，無論在函數(shù)的定義中出現(xiàn)的形參還是在調用語句中出現(xiàn)的實參，都是代表一些內(nèi)存單元地址編號（即地址數(shù)值），而不是一般的數(shù)值。C++中的參數(shù)地址傳遞情況一般有如下幾種：實參可以是一個有確定值的普通變量的地址，或者是一個已經(jīng)初始化的指針變量；或者是一個初始化的數(shù)組名；或者是一個具體的函數(shù)名。而形參可以是一個任意普通變量的地址，或是一個任意指針變量，或是一個任意的數(shù)組名，或是一個指向函數(shù)的指針變量（對應于實參是具體函數(shù)名）。實際上，這種參數(shù)傳遞機制就是在函數(shù)調用時把一個內(nèi)存單元地址傳遞給形參，使形參也具有實參的內(nèi)存單元地址（即兩者對應同一個內(nèi)存單元），稱作形參和實參地址結合，兩者合二為一。這樣一來，任何時候形參的值等于實參的值；而實參的值也等于形參的值。因此，形參在函數(shù)中發(fā)生變化后，也會引起實參跟著變化（因為它們是捆綁在一起的，一體化的）。這就意味著按地址傳遞的方式，在調用剛開始時實參的值影響了形參；而在被調函數(shù)執(zhí)行過程中形參值若發(fā)生了變化，它也會影響實參的值變化。即機制是雙向影響，這與普通值傳遞方式的單向影響機制形成對比。3.3.4帶默認值的參數(shù)C++語言中，允許在函數(shù)聲明或定義時給一個或多個參數(shù)指定默認值。例如下面的delay()函數(shù)作用是作時間延遲，不使用默認值參數(shù)的聲明和定義如下（【例3.5】）：#include<iostream>//*****ex3_5.cpp*****usingnamespacestd;

voiddelay(intloop);//函數(shù)聲明voidmain(){cout<<"begin"<<endl;delay(1000);//函數(shù)調用cout<<"end"<<endl;}voiddelay(intloop)//函數(shù)定義{if(loop==0)return;for(inti=0;i<loop;i++)cout<<i<<endl;//輸出i值是為了清楚看到程序執(zhí)行情況}如果每次調用延遲時間基本一樣，可以使用C++中默認值參數(shù)函數(shù)形式來解決問題。解決的方法就是在函數(shù)聲明（或定義）時給定默認值即可。具體做法只要把delay（）函數(shù)的聲明改為下列形式：voiddelay(intloop=1000);//指定參數(shù)默認值為1000以后如果需要延遲相同時間1000，都可以不必指定實參的值而直接調用函數(shù)：delay();//若不給定實參，形參將得到默認值1000delay(500);//若給定實參，形參將得到所給的值（500）如果有多個形參，可以使每個形參有一個默認值；也可以只對一部分形參指定默認值。如前面的求圓柱體體積的函數(shù)volume，可以這樣聲明：floatvolume（floatr,floath=8.5);//只對形參h指定默認值8.5這時函數(shù)調用可采用以下形式：volume(6.0);//相當于volume(6.0,8.5)volume(6.0，7.2);//r的值為6.0，h的值為7.2C++中實參和形參的結合是從左至右進行的，第1個實參必然與第1個形參結合，第2個實參必然與第2個形參結合,……。因此，指定默認值的參數(shù)必須放在參數(shù)列表中的最右邊。3.4函數(shù)的嵌套調用和遞歸調用

C++不允許對函數(shù)作嵌套定義，也就是說在一個函數(shù)中不能完整地包含另一個函數(shù)。在一個程序中每一個函數(shù)的定義都是互相平行和獨立的。雖然C++不能嵌套定義函數(shù)，但可以嵌套調用函數(shù)，也就是說，在調用一個函數(shù)的過程中，又調用另一個函數(shù)。見圖3.2示意。

圖3.2

在程序中實現(xiàn)函數(shù)嵌套調用時，需要注意的是：在調用函數(shù)之前，需要對每一個被調用的函數(shù)作聲明(除非定義在前，調用在后)?！纠?.6】編程求組合，要求用函數(shù)完成。分析：根據(jù)組合的計算公式，知組合函數(shù)有兩個形參：m和n，可以用自定義函數(shù)comb(intn，intm)表示求組合。而在comb函數(shù)中需要3次計算階乘，如果定義函數(shù)fac(k)求k的階乘，然后在comb函數(shù)中調用fac函數(shù)，可以使程序代碼簡單，只要在comb函數(shù)中寫一個語句“c=fac(m)/(fac(n)*fac(m-n));

”即可求出組合值?！纠?.6】程序代碼如下：#include<iostream>//*****ex3_6.cpp*****usingnamespacestd;longfac(intk)//定義求階乘的函數(shù){longf=1;inti;for(i=1;i<=k;i++)f=f*i;returnf;}longcomb(intn,intm)//定義組合函數(shù){longc;c=fac(m)/(fac(n)*fac(m-n));//嵌套調用階乘函數(shù)

returnc;}voidmain(){intn,m;longc;cout<<"pleaseinputtwointegernumbers:m,n"<<endl;cin>>m>>n;c=comb(n,m);//調用組合函數(shù)combcout<<"c="<<c<<endl;}主函數(shù)調用函數(shù)comb()；comb()在執(zhí)行過程中又調用了函數(shù)fac()。fac()的調用被嵌套在函數(shù)comb()的調用中。在調用一個函數(shù)的過程中又出現(xiàn)直接或間接地調用該函數(shù)本身的現(xiàn)象，稱為函數(shù)的遞歸(recursive)調用。C++允許函數(shù)的遞歸調用。例如：直接遞歸調用的代碼形式如下：intf1()//函數(shù)f1的定義{……//函數(shù)其他部分

z=f1()；//直接調用自身

……//函數(shù)其他部分}以上是在函數(shù)f1()中，又直接調用了f1()函數(shù)，直接遞歸調用過程如后面的圖3.3所示。3.4.2函數(shù)的遞歸調用間接遞歸調用可以表現(xiàn)為如下形式：intf2()//函數(shù)f2的定義{……//f2的其他部分x=f3();//調用f3()……//f2的其他部分

}intf3()//函數(shù)f3的定義{……//f3的其他部分y=f2();//調用f2()……//f3的其他部分

}函數(shù)f2()中調用了f3()，而f3()中又調用了f2()，相當于f2()間接地調用了f2()。這種調用稱為間接遞歸調用，調用過程如圖3.4所示。

圖3.3函數(shù)的直接遞歸調用圖3.4函數(shù)的間接遞歸調用從圖上可以看到，這兩種遞歸調用都是無終止的自身調用。顯然，程序中不應出現(xiàn)這種無終止的遞歸調用，而只應出現(xiàn)有限次數(shù)的、有終止的遞歸調用，這可以用if語句來控制，只有在某一條件成立時才繼續(xù)執(zhí)行遞歸調用，否則就不再繼續(xù)。包含遞歸調用的函數(shù)稱為遞歸函數(shù)。【例3.7】用遞歸計算n！。分析：n！本身就是以遞歸的形式定義的：求n！，應先求(n-1)！；而求(n-1)!，又需要先求(n-2)！，而求(n–2)！；又可以變成求(n-3)！，如此繼續(xù)，直到最后變成求0！的問題，而根據(jù)公式有0！=1(這就是本問題的遞歸終止條件）。由終止條件得到0！結果后，再反過來依次求出1！，2！……直到最后求出n！。設求n！的函數(shù)為fac(n)，函數(shù)體內(nèi)求n！，只要n>0，可用n*fac(n-1)表示，即fac(n)的函數(shù)體內(nèi)將遞歸調用fac()本身；但一旦參數(shù)n為0時，則終止調用函數(shù)自身并給出函數(shù)值1。程序如下：#include<iostream>//*****ex3_7.cpp*****usingnamespacestd;longfac(intn){longf;

if(n==0)f=1;elsef=n*fac(n-1);

//遞歸調用，求(n-1)!returnf;}voidmain(){longy;intn;cout<<"pleaseinputaintegern"<<endl;cin>>n;y=fac(n);//調用fac(n)求n！cout<<"n="<<n<<","<<"y="<<y<<endl;}運行時，如果輸入：3運行結果如下：n=3,y=6圖3.5求3!的遞歸過程fac(3)fac()n=33*fac(2)return6main()fac()n=22*fac(1)return2n=0fac(0)=1return1n1*fac(0)return1fac()fac()⑦②①③④⑧⑥⑤

3!遞歸調用及返回過程如圖3.5所示，圖中的數(shù)字序號表示遞歸調用和返回的先后順序。從求n！的遞歸程序中可以看出，遞歸定義有兩個要素：(1)遞歸終止條件。也就是所描述問題的最簡單情況，它本身不再使用遞歸的定義，即程序必須終止。如上例，當n=0時，fac(n)=1，不再使用fac(n-1)來定義。(2)遞歸定義使問題向終止條件轉化的規(guī)則。遞歸定義必須能使問題越來越簡單，即參數(shù)越來越接近終止條件的參數(shù)；達到終止條件參數(shù)時函數(shù)有確定值。如上例，fac(n)由fac(n-1)定義，越來越靠近fac(0)，即參數(shù)越來越接近終止條件參數(shù)0；達到終止條件參數(shù)時函數(shù)有確定的值是fac(0)=1。【例3.8】漢諾塔問題漢諾塔（TowerofHanoi）問題據(jù)說來源于布拉瑪神廟。該問題的裝置如圖3.6所示(圖上僅畫三個金片以簡化問題的原理，原問題有64個金片)，底座上有三根金鋼石的針，第一根針a上放著從大到小64個金片。解決該問題就是要想法把所有金片從第一根針a上移到第三根針c上，第二根針b作為中間過渡。要求是每次只能移動一個金片，并且任何時候不允許大的金片壓在小的金片上面。圖3.6三個金片的漢諾塔問題裝置abc1.本問題的遞歸終止條件。如果只有1個盤，顯然問題的解就很明顯是：直接把金片從a移到c。因此終止條件是n=1；終止條件對應的操作是直接把金片從a移到c，示意ac。2.本問題的遞歸分析：移動n個金片從a到c，必須先將n-1個金片從a借助c移動到b，移動n-1個金片與原問題相同，但規(guī)模變小，即向終止條件接近，因此，此問題可以用遞歸過程完成。遞歸過程可以用如下步驟表示：(1)將n-1個金片從a經(jīng)過c移動到b。(2)將第n個金片從a直接移動到c。(3)再將n-1個金片從b經(jīng)過a移動到c。

一般地，設將n個金片從x針借助y針移動到z針的函數(shù)原形為：voidhanoi(intn，charx，chary，charz)根據(jù)解題步驟，可以寫出求解n個金片的漢諾塔函數(shù)如下：#include<iostream>//*****ex3_8.cpp*****usingnamespacestd;voidhanoi(intn,charx,chary,charz){

if(n==1)//n=1時，直接將金片從x移動到zcout<<x<<"->"<<z<<endl;else

//n>1時{hanoi(n-1,x,z,y);//先將n-1個金片從借助z移動到y(tǒng)cout<<x<<"->"<<z<<endl;//然后將第n個金片從x移到zhanoi(n-1,y,x,z);//再將n-1個金片從y借助x移動到z}}當n>1時，就遞歸調用hanoi()，每次n減1。最后當n=1時，直接移動該金片就可以了。主函數(shù)如下：

voidmain(){intn;cout<<"inputn："<<endl;cin>>n;hanoi(n,'a','b','c');//n個金片從a針借助b針移動到c針}雖然遞歸調用在寫程序時很簡單，但執(zhí)行起來卻很復雜（時間、存儲空間都開銷大）。對于漢諾塔問題程序的執(zhí)行過程分析比較復雜，有興趣的讀者可參閱教材對3個盤情景的分析（圖3.7及其相應文字敘述）。調用函數(shù)時需要一定的時間和空間的開銷。下圖表示的是一般函數(shù)調用的過程。一般函數(shù)調用過程3.5內(nèi)置函數(shù)3.5.1內(nèi)置函數(shù)的作用內(nèi)置函數(shù)也稱內(nèi)聯(lián)函數(shù)、內(nèi)嵌函數(shù)。引入內(nèi)置函數(shù)的目的是為了提高程序中函數(shù)調用的效率：即在編譯時將所調用函數(shù)的代碼直接嵌入到主調函數(shù)中。定義內(nèi)置函數(shù)的方法：只需在函數(shù)定義的首行左端加一個關鍵字inline即可，或者在函數(shù)聲明語句的開頭加inline?

。3.5.2定義和使用內(nèi)置函數(shù)內(nèi)置函數(shù)的定義格式如下：inline

函數(shù)名(形參列表){

……//函數(shù)體}內(nèi)置函數(shù)的聲明格式如下：inline

函數(shù)名(形參類型表);其實，內(nèi)置函數(shù)只要在開頭一次性聲明為inline即可，而后面的函數(shù)定義仍可寫成一般函數(shù)定義的形式，編譯器也會將函數(shù)視為內(nèi)置函數(shù)。【例3.9】將被調函數(shù)max(int,int,int)指定為內(nèi)置函數(shù)。#include<iostream>usingnamespacestd;inlineintmax(int,

int,int);//函數(shù)聲明語句,注意左端有inlinevoidmain(void){inti=5,j=6,k=7,m;m=max(i,j,k);

//注意這第6行

cout<<"max="<<m<<endl;}inlineintmax(inta,

intb,

intc)//定義max為內(nèi)置函數(shù){if(b>a)a=b;//求a,b,c中的最大者

if(c>a)a=c;returna;}這樣，程序第6行“m=max(i,j,k);”就被置換成下列3行語句：if(j>i)i=j;if(k>i)i=k;m=i;

3.6變量和函數(shù)的屬性3.6.1變量的作用域3.6.2變量的生存期3.6.3內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)局部變量：在一個函數(shù)內(nèi)部或復合語句中定義的變量，稱為局部變量。其有效范圍有限，如圖示意：3.6.1變量的作用域：局部變量和全局變量說明：(1)主函數(shù)main中定義的變量(m,n)也只在主函數(shù)中有效。主函數(shù)也不能使用其他函數(shù)中定義的變量。(2)不同函數(shù)中可以使用同名的變量,它們代表不同的對象,在內(nèi)存中占不同的單元;互不干擾,不會混淆。(3)可以在一個函數(shù)內(nèi)的復合語句中定義變量，這些變量只在本復合語句中有效。(4)形式參數(shù)也是局部變量。例如f1函數(shù)中的形參a只在f1函數(shù)中有效;其他函數(shù)不能調用。(5)在函數(shù)聲明中出現(xiàn)的參數(shù)名，其作用范圍只在本行的括號內(nèi)。例如：intmax(inta,intb);

//函數(shù)聲明中出現(xiàn)的a、b，它們的作用范圍只在本行有效。

intmax(intx,inty)//函數(shù)定義，形參是x、y{cout<<x<<y<<endl;//合法，x、y在函數(shù)體中有效cout<<a<<b<<endl;//非法，a、b在函數(shù)體中無效}編譯時認為max函數(shù)體中的a和b未經(jīng)定義。全局變量：在函數(shù)之外定義的變量是外部變量，稱為全局變量(或全程變量)。全局變量的有效范圍原則上是：從定義變量的位置開始到本源文件結束。全局變量作用范圍示意如下：變量的作用域：變量的有效范圍稱為變量的作用域(scope)。變量有4種不同的作用域：文件作用域、函數(shù)作用域、塊作用域、函數(shù)原型作用域。文件作用域是全局的，其他三者是局部的。除了變量之外，任何以標識符代表的實體其實也都有作用域，概念與變量的作用域相似。【例3.10】局部變量的使用。//*****ex3_10.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;

doublefun1(doublea,doubleb)

//fun1函數(shù)中有2個局部變量，分別取名a、b{a++;b++;return(a*b);}doublefun2(doublea,doubleb)

//fun2函數(shù)中有2個局部變量也分別取名a、b{a--;b--;return(a*b);}voidmain()

//main函數(shù)中有2個局部變量，也分別取名a、b{doublea,b;cout<<"inputtwonumbers:";cin>>a>>b;cout<<"fun1(a,b)="<<fun1(a,b)<<endl;cout<<"fun2(a,b)="<<fun2(a,b)<<endl;cout<<"a="<<a<<",b="<<b<<endl;}程序的運行結果如下：inputtwonumbers:3.55↙fun1(a,b)=27fun2(a,b)=10a=3.5,b=52．全局變量凡是定義在函數(shù)外面的變量都叫全局變量。全局變量的默認作用域是從該變量的定義位置延續(xù)到到該文件的末尾?！纠?.11】全局變量的使用。程序的運行結果如下：a的初值=0a的終值=1//*****ex3_11.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;

inta;

//此a的作用域為整個文件voidfun1(); //聲明fun1()函數(shù)voidmain()

{cout<<”a的初值=”<<a<<endl;

//main()函數(shù)中使用了全局變量afun1(); //調用fun1()函數(shù)

cout<<”a的終值=”<<a<<endl;

//main()函數(shù)中再次使用了全局變量a}voidfun1(){a=a+1;}

//fun1()函數(shù)中使用了全局變量a【例3.12】分別寫兩個函數(shù)求給定兩個數(shù)的最大公約數(shù)和最小公倍數(shù)。其中，要求用全局變量存放最大公約數(shù)和最小公倍數(shù)，而不用函數(shù)值返回。//*****ex3_12.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;

intgcd(int,int); //聲明求最大公約數(shù)的函數(shù)gcd()intlcm(int,int); //聲明求最小公倍數(shù)的函數(shù)lcm()intmax,min;//全局變量max和min分別存放最大公約數(shù)、最小公倍數(shù)voidmain(){inta;intb;cout<<"請輸入a和b的值:";cin>>a>>b;gcd(a,b);lcm(a,b);cout<<a<<”與”<<b<<"的最大公約數(shù)是:"<<max<<endl;

//使用maxcout<<a<<”與”<<b<<"的最小公倍數(shù)是:"<<min<<endl;

//使用min}

intgcd(intx,inty)

//定義求最大公約數(shù)的函數(shù)gcd(){intt;intr;if(x<y){t=x;x=y;y=t;}r=x%y;while(r!=0){x=y;y=r;r=x%y;}max=y;returnmax; //使用全局變量max的值為函數(shù)返回值}intlcm(intx,inty)//定義求最小公倍數(shù)的函數(shù)lcm(){min=x*y/max;//使用全局變量max，求全局變量min的值

returnmin;

//使用全局變量min的值為函數(shù)返回值}程序的運行結果如下：請輸入a和b的值:3615↙36和15的最大公約數(shù)是:336和15的最小公倍數(shù)是:1803．不同作用域的同名變量引用規(guī)則

【例3.13】不同作用域的同名變量引用規(guī)則示例。#include<iostream>usingnamespacestd;inta=5;

//全局變量aintfun();//聲明一個無參有返回值的函數(shù)main()

{inta;

//函數(shù)級局部變量aa=1;//此處引用的a是函數(shù)級局部變量acout<<a<<”,”;

//此處引用的a是函數(shù)級局部變量a{inta;

//程序塊級局部變量aa=2;

//此處引用的a是程序塊級局部變量acout<<a<<”,”;//此處引用的a是程序塊級局部變量a}a=3;

//此處引用的a是函數(shù)級局部變量acout<<a<<”,”;//此處引用的a是函數(shù)級局部變量acout<<fun()<<endl;}intfun(){returna;}//此處引用的a是全局變量a

程序運行結果是：1,2,3,5

上一節(jié)已介紹了變量的一種屬性——作用域，作用域是從空間的角度來分析的，變量按照作用域可分為全局變量和局部變量。變量還有另一種屬性——存儲期(也稱生存期)。存儲期是指變量在內(nèi)存中的存在期間。這是從變量值存在的時間角度來分析的。存儲期可以分為靜態(tài)存儲期和動態(tài)存儲期。這是由變量的靜態(tài)存儲方式和動態(tài)存儲方式?jīng)Q定的。3.6.2變量的生存期：

動態(tài)存儲方式與靜態(tài)存儲方式所謂靜態(tài)存儲方式是指在程序運行期間，系統(tǒng)對變量分配固定的存儲空間。而動態(tài)存儲方式則是在程序運行期間，系統(tǒng)對變量動態(tài)地分配存儲空間。先看一下內(nèi)存中供用戶使用的存儲空間的情況。這個存儲空間可以分為三部分，即：(1)程序區(qū)(2)靜態(tài)存儲區(qū)(3)動態(tài)存儲區(qū)

數(shù)據(jù)分別存放在靜態(tài)存儲區(qū)和動態(tài)存儲區(qū)中。全局變量全部存放在靜態(tài)存儲區(qū)中，在程序開始執(zhí)行時給全局變量分配存儲單元，程序執(zhí)行完畢就釋放這些空間。在程序執(zhí)行過程中它們占據(jù)固定的存儲單元，而不是動態(tài)地進行分配和釋放。在動態(tài)存儲區(qū)中存放以下數(shù)據(jù)：①函數(shù)形式參數(shù)；②函數(shù)中的自動變量（未加static的局部變量）；③函數(shù)調用時的現(xiàn)場保護和返回地址等。在C++中變量除了有數(shù)據(jù)類型的屬性之外，還有存儲類別的屬性。存儲類別指的是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲的方法，即分為靜態(tài)存儲和動態(tài)存儲兩大類。具體包含4種：自動的(auto)；靜態(tài)的(static)；寄存器的(register)；外部的(extern)。根據(jù)變量的存儲類別，可以知道變量的作用域和存儲期。（1）自動變量

凡未附加static關鍵字定義的局部變量都是自動變量

。也可以用關鍵字auto作為存儲類別的聲明。

定義方式：[auto]數(shù)據(jù)類型關鍵字變量名;或：數(shù)據(jù)類型關鍵字[auto]變量名;1．短生存期變量——動態(tài)存儲方式

（2）寄存器變量

存儲在CPU內(nèi)部通用寄存器中的變量叫寄存器變量，它們也是動態(tài)變量；定義寄存器變量要附加register關鍵字。

定義方式：register

數(shù)據(jù)類型關鍵字變量名;寄存器變量的使用應注意以下問題：（1）寄存器變量不宜定義過多。（2）寄存器變量的數(shù)據(jù)長度與通用寄存器的長度相當。一般是char型和int型變量。

1．短生存期變量——動態(tài)存儲方式

（1）外部變量外部變量是指定義在函數(shù)外面且沒附加static關鍵字的全局變量。

可以利用extern關鍵詞對文件末尾或文件外定義的外部變量作附加聲明，使其作用域擴展到整個程序：即，在想使用外部變量的地方，先寫一句下列形式的聲明語句：extern外部變量名;

2．長生存期變量——靜態(tài)存儲方式

（1）外部變量①對外部變量做提前引用聲明

【例3.14】對定義在同一文件后面位置的外部變量，作提前引用聲明，使其作用域擴展到該變量定義點之前。程序代碼如下：//*****ex3_14.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;externx; //提前引用聲明voidmain()

{x=4;cout<<x<<endl;}

//在變量定義位置之前面引用變量xintx;

//外部變量x的定義位置在文件后部

2．長生存期變量——靜態(tài)存儲方式

（1）外部變量②對外部變量做跨文件引用聲明

【例3.15】對定義在B文件中的外部變量，在A文件中作跨文件引用聲明，以擴展其作用域到A文件。//*****ex3_15A.cpp*****(文件ex3_15A.cpp的內(nèi)容)#include<iostream>usingnamespacestd;externw; //跨文件引用聲明(因為w是在另一文件定義的)intfun(intx,inty)//定義fun()函數(shù){return(x+y);}voidmain(){cout<<w+fun(3,2)<<endl;}

//引用了ex3_15B.cpp文件中定義的變量w //*****ex3_15B.cpp*****(文件ex3_15B.cpp的內(nèi)容)intw=10; //外部變量w的定義

程序的運行結果是15。

2．長生存期變量——靜態(tài)存儲方式

（2）靜態(tài)變量

①靜態(tài)局部變量。在局部變量定義語句開頭再添加一個static關鍵字，這樣定義的局部變量叫靜態(tài)局部變量。

靜態(tài)局部變量的生命周期延長了（等于程序整個運行期），但作用域仍為其定義所在的函數(shù)或程序塊內(nèi)。

2．長生存期變量——靜態(tài)存儲方式

（2）靜態(tài)變量

①靜態(tài)局部變量。【例3.16】使用靜態(tài)局部變量的例子。//*****ex3_16.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;voidfun();voidmain(){inti;for(i=0;i<3;i++)

fun();}voidfun(){inta=0;staticintb=0;

//定義靜態(tài)局部變量

a++;b++;cout<<a<<","<<b<<endl;}

2．長生存期變量——靜態(tài)存儲方式

程序的運行結果如下：1,11,21,3（2）靜態(tài)變量

②靜態(tài)全局變量。在全局變量的定義語句開頭再添加一個static關鍵字，這樣定義的全局變量叫靜態(tài)全局變量。

【例3.17】靜態(tài)全局變量的演示。//*****ex3_17A.cpp*****(文件ex3_17A.cpp的內(nèi)容)staticintu=10;//定義靜態(tài)全局變量uvoidfun(){cout<<"Thisisex3_17.cpp";}//*****ex3_17B.cpp*****(文件ex3_17B.cpp的內(nèi)容)#include<iostream>usingnamespacestd;externu;

//試圖對u作跨文件引用聲明,此時行不通voidmain(){cout<<u<<endl;}//出現(xiàn)"變量u未定義"錯誤

2．長生存期變量——靜態(tài)存儲方式

1．內(nèi)部函數(shù)如果某函數(shù)只能被函數(shù)所在的同一文件中的語句調用，則這樣的函數(shù)叫內(nèi)部函數(shù)。因此，內(nèi)部函數(shù)不能被同一程序中其他文件的語句調用。內(nèi)部函數(shù)定義時，也是在函數(shù)類型前加static，所以也稱為靜態(tài)函數(shù)，定義格式如下：static函數(shù)類型函數(shù)名([參數(shù)列表]){

函數(shù)體

}3.6.3內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)

【例3.18】靜態(tài)函數(shù)的例子。//*****ex3_18A.cpp*****(文件ex3_18A.cpp中的內(nèi)容)#include<iostream>usingnamespacestd;staticvoidfun();voidmain()

{fun();}staticvoidfun() //文件ex3_18A.cpp中定義了靜態(tài)函數(shù)fun(){cout<<"這是文件ex3_18A.cpp輸出的！"<<endl;}//文件ex3_18B.cpp中也定義名為fun()的靜態(tài)函數(shù):#include<iostream>usingnamespacestd;staticvoidfun();staticvoidfun(){cout<<"這是文件ex3_18B.cpp輸出的！"<<endl;}3.6.3內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)

程序的運行結果如下：這是文件ex3_18A.cpp輸出的！2．外部函數(shù)外部函數(shù)是可以被整個程序各個文件中語句調用的函數(shù)。（1）外部函數(shù)的定義在函數(shù)類型前加存儲類型關鍵字extern，或缺省存儲類型關鍵字extern，定義格式如下：[extern]函數(shù)類型函數(shù)名([參數(shù)列表]){

函數(shù)體}

（2）外部函數(shù)的聲明文件A在需要調用文件B中所定義的外部函數(shù)時，需要在文件A中用關鍵字extern對被調函數(shù)提出聲明，聲明格式如下：extern函數(shù)類型函數(shù)名(參數(shù)類型列表)3.6.3內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)

【例3.19】文件ex3_19A.cpp利用文件ex3_19B.cpp中的外部函數(shù)實現(xiàn)求雙階乘。//*****ex3_19A.cpp*****(文件ex3_19A.cpp中的內(nèi)容)#include<iostream>usingnamespacestd;voidmain(){externdoublefac2(int);//聲明將要調用在其他文件中定義的fac2()函數(shù)

intn;

cout<<"請輸入一整數(shù)給變量n:"<<endl;cin>>n;cout<<n<<"!!="<<fac2(n)<<endl;}//*****ex3_19B.cpp*****(文件ex3_19B.cpp中的內(nèi)容)#include<iostream>usingnamespacestd;externdoublefac2(intm) //定義fac2()函數(shù){intn;doubles;s=1;n=m;while(n>=1)

{s=s*n;n=n-2;}returns;

}

3.6.3內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)

程序的運行結果如下：請輸入一整數(shù)給變量n:7↙7!!=105一個變量除了數(shù)據(jù)類型以外，還有3種屬性：(1)存儲類別：auto、static、register、extern4種存儲類別。(2)作用域：指程序中可以引用該變量的區(qū)域。(3)生存期：指變量在內(nèi)存中的存儲期限。要注意存儲類別的用法。auto,static和register3種存儲類別只能用于變量的定義語句中，如：變量屬性小結autocharc;//字符型自動變量，在函數(shù)內(nèi)定義staticinta;//靜態(tài)整型變量定義(局部或外部)registerintd;

//整型寄存器變量，在函數(shù)內(nèi)定義externintb;//聲明一個已定義的外部整型變量說明：extern只能用來聲明已定義的外部變量，而不能用于變量的定義。一看到extern，就可以斷定這是變量聲明語句，而不是變量的定義語句。變量屬性總結：(1)從作用域角度分，有局部變量和全局變量。它們采用的存儲類別如下：●局部變量自動變量,即動態(tài)局部變量(離開函數(shù),值就消失)靜態(tài)局部變量(離開函數(shù),值仍保留)寄存器變量(離開函數(shù),值就消失)形式參數(shù)(可以定義為自動變量或寄存器變量)●全局變量靜態(tài)外部變量(有static,只限本文件引用)一般外部變量(無static,允許其他文件引用)(2)從變量存儲期來區(qū)分，有動態(tài)存儲和靜態(tài)存儲兩種類型。●動態(tài)存儲－－壽命短自動變量(本函數(shù)內(nèi)有效)寄存器變量(本函數(shù)內(nèi)有效)形式參數(shù)●靜態(tài)存儲－－壽命長靜態(tài)局部變量(函數(shù)內(nèi)有效)靜態(tài)外部變量(本文件內(nèi)有效)外部變量(其他文件可引用)(3)從變量值存放的位置來區(qū)分,可分為●內(nèi)存中靜態(tài)存儲區(qū)靜態(tài)局部變量靜態(tài)外部變量(函數(shù)外部靜態(tài)變量)外部變量(可為其他文件引用)●內(nèi)存中動態(tài)存儲區(qū)：自動變量和形式參數(shù)●CPU中的寄存器：寄存器變量(4)關于作用域和存儲期的概念：空間、時間。二者有聯(lián)系但不是同一回事。下頁兩個圖分別是作用域、存儲期的示意圖。(5)Static的作用：Static加于局部變量定義前,

使變量由動態(tài)存儲方式改變?yōu)殪o態(tài)存儲方式－－延長生存期；但不改作用域。Static加于全局變量定義前,

使變量縮小作用域(局限于本文件)，但仍為靜態(tài)存儲方式(不改生存期）。請注意，用auto，register，static定義變量時，是在變量的數(shù)據(jù)類型定義基礎上加上這些關鍵字，而不能單獨使用。如“statica;”是不合法的，應寫成諸如“staticinta;”的形式。3.7編譯預處理C++提供的預處理功能主要有以下3種：(１)宏定義(２)文件包含(３)條件編譯分別用宏定義命令、文件包含命令、條件編譯命令來實現(xiàn)。為了與一般C++語句相區(qū)別，這些命令以符號“?！遍_頭，而且末尾不包含分號。宏定義的作用是實現(xiàn)文本替換。有兩種格式：不帶參數(shù)的宏定義；帶參數(shù)的宏定義。1.不帶參數(shù)的宏定義不帶參數(shù)宏定義的格式如下：#define宏名字符串其中，define是關鍵字，“宏名”是一個標識符，“字符串”是字符序列。該語句的意思是“宏名”代表“字符串”。執(zhí)行該預處理代碼時，編譯系統(tǒng)將對程序語句中出現(xiàn)的“宏名”統(tǒng)統(tǒng)用“字符串”替代。3.7.1宏定義【例3.20】本程序中有多處要用到圓周率計算面積、周長、體積，為了方便一次性修改圓周率，將圓周率定義為宏。//*****ex3_20.cpp*****#include<iostream>usingnamespacestd;

#definePI3.14

//定義宏名PI，將用3.14替代voidmain(){doubler,h;cout<<"請輸入柱體底面半徑r和高度h:";cin>>r>>h;cout<<"園柱體的周長是:"<<2*PI*r<<endl;cout<<"園柱體的底面積是:"<<PI*r*r<<endl;cout<<"園柱體的體積是