函數(shù)是C程序的基本模塊可將一些功能相對獨立的或經(jīng)常課件

函數(shù)是C++程序的基本模塊?？蓪⒁恍┕δ芟鄬Κ毩⒌幕蚪?jīng)常使用的操作或運算抽象出來，定義為函數(shù)。使用時只要考慮其功能和使用接口即可。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中，類中所封裝的操作是用函數(shù)進行描述的，因此函數(shù)在C++程序中具有非常重要的意義。要掌握函數(shù)的使用，必須理解函數(shù)調(diào)用時的內(nèi)部實現(xiàn)機制，以及與此相關(guān)的內(nèi)存分配機制、變量生命期和作用域。本章還將介紹關(guān)于函數(shù)重載的概念，介紹遞歸算法、內(nèi)聯(lián)函數(shù)、默認參數(shù)函數(shù)以及多文件組織、編譯預(yù)處理、工程文件的概念和運行庫函數(shù)。第四章函數(shù)

第四章函數(shù)

4．1函數(shù)的定義與調(diào)用

4．5作用域與存儲類型

4．4函數(shù)調(diào)用機制

4．3全局變量和局部變量

4．2函數(shù)的參數(shù)傳遞,返回值及函數(shù)原型說明

4．10編譯預(yù)處理4．9頭文件與多文件結(jié)構(gòu)4．8C++的系統(tǒng)庫函數(shù)4．7函數(shù)的一些高級議題

4．6函數(shù)的遞歸調(diào)用

4.1

函數(shù)的定義與調(diào)用4.1.1

函數(shù)概述4.1.2

函數(shù)的定義4.1.3

函數(shù)的調(diào)用

4.1.1函數(shù)概述main()fun2()fun1()fun3()fun1_1()fun2_1()fun2_2()圖4.1函數(shù)調(diào)用層次關(guān)系4.1.1函數(shù)概述函數(shù)按是否帶有參數(shù)，分為:

無參函數(shù)和有參函數(shù)4.1.1結(jié)束

函數(shù)按其是否系統(tǒng)預(yù)定義分為兩類，一類是編譯系統(tǒng)預(yù)定義的，稱為庫函數(shù)或標準函數(shù)，如一些常用的數(shù)學(xué)計算函數(shù)、字符串處理函數(shù)、圖形處理函數(shù)、標準輸入輸出函數(shù)等。這些庫函數(shù)都按功能分類，集中說明在不同的頭文件中。用戶只需在自己的程序中包含某個頭文件，就可直接使用該文件中定義的函數(shù)。另一類是用戶自定義函數(shù)，用戶可以根據(jù)需要將某個具有相對獨立功能的程序定義為函數(shù)。4.1.2函數(shù)的定義1.無參函數(shù)2.有參函數(shù)有參函數(shù)有參函數(shù)的定義格式為《數(shù)據(jù)類型》函數(shù)名(參數(shù)類型1形式參數(shù)1《,參數(shù)類型2形式參數(shù)2,…》{函數(shù)體}例:下面函數(shù)的功能是返回兩個整數(shù)中較大一個的值max(inta,intb){return(a>=b?a:b);}定義函數(shù)時可能會涉及若干個變量，究竟哪些變量應(yīng)當(dāng)作為函數(shù)的參數(shù)？哪些應(yīng)當(dāng)定義在函數(shù)體內(nèi)？這有一個原則：作為一個相對獨立的模塊，函數(shù)在使用時完全可以被看成“黑匣子”，除了輸入輸出外，其他部分可不必關(guān)心。從函數(shù)的定義看出，函數(shù)頭正是用來反映函數(shù)的功能和使用接口，它所定義的是“做什么”，在這部分必須明確“黑匣子”的輸入輸出部分，輸出就是函數(shù)的返回值，輸入就是參數(shù)。因此，只有那些功能上起自變量作用的變量才必須作為參數(shù)定義在參數(shù)表中；函數(shù)體中具體描述“如何做”，因此除參數(shù)之外的為實現(xiàn)算法所需用的變量應(yīng)當(dāng)定義在函數(shù)體內(nèi)。C++中不允許函數(shù)的嵌套定義，即在一個函數(shù)中定義另一個函數(shù)。提示4.1.3

函數(shù)的調(diào)用在C++中，除了主函數(shù)外，其他任何函數(shù)都不能單獨作為程序運行。任何函數(shù)功能的實現(xiàn)都是通過被主函數(shù)直接或間接調(diào)用進行的。所謂函數(shù)調(diào)用，就是使程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行函數(shù)體。無參函數(shù)的調(diào)用格式為：函數(shù)名()有參函數(shù)的調(diào)用格式為：函數(shù)名(實際參數(shù)表)其中實際參數(shù)簡稱實參，用來將實際參數(shù)的值傳遞給形參，因此可以是常量、具有值的變量或表達式。4.2

函數(shù)的參數(shù)傳遞、返回值及

函數(shù)原型說明

4．2．1函數(shù)的參數(shù)傳遞及傳值調(diào)用

4．2．3函數(shù)原型說明4．2．2

函數(shù)返回值

函數(shù)調(diào)用首先要進行參數(shù)傳遞，參數(shù)傳遞的方向是由實參傳遞給形參。傳遞過程是，先計算實參表達式的值，再將該值傳遞給對應(yīng)的形參變量。一般情況下，實參和形參的個數(shù)和排列順序應(yīng)一一對應(yīng)，并且對應(yīng)參數(shù)應(yīng)類型匹配（賦值兼容）,即實參的類型可以轉(zhuǎn)化為形參類型。而對應(yīng)參數(shù)的參數(shù)名則不要求相同。某些特殊情況下也允許參數(shù)不對應(yīng)，這將在函數(shù)高級議題中討論。按照參數(shù)形式的不同，C++有兩種調(diào)用方式：傳值調(diào)用和引用調(diào)用。顧名思義，傳值調(diào)用傳遞的是實參的值，本章主要介紹傳值調(diào)用。關(guān)于引用調(diào)用，將在第五章類與對象中介紹。

4.2.1函數(shù)的參數(shù)傳遞及傳值調(diào)用

4.2.1函數(shù)的參數(shù)傳遞及傳值調(diào)用

調(diào)用power(4.6,3)函數(shù)power(4.6,3)return97.336

主程序后續(xù)語句n=3x=4.6c=‘a(chǎn)’【例4．2】

說明實參和形參對應(yīng)關(guān)系的示例。#include<iostream.h>#include<math.h>floatpower(floatx,intn){//求x的n次冪floatpow=1;while(n--)pow*=x;returnpow;}voidmain(){intn=3;floatx=4.6;charc='a';cout<<"power("<<x<<','<<n<<")="<<power(x,n)<<endl;cout<<"power("<<c<<','<<n<<")="<<power(c,n)<<endl;cout<<"power("<<n<<','<<x<<")="<<power(n,x)<<endl;}

4.2.1函數(shù)的參數(shù)傳遞及傳值調(diào)用

調(diào)用power(3,4.6)函數(shù)power(3,4.6)return81主程序后續(xù)語句n=3x=4.6c=‘a(chǎn)’【例4．2】

說明實參和形參對應(yīng)關(guān)系的示例。#include<iostream.h>#include<math.h>floatpower(floatx,intn){//求x的n次冪floatpow=1;while(n--)pow*=x;returnpow;}voidmain(){intn=3;floatx=4.6;charc='a';cout<<"power("<<x<<','<<n<<")="<<power(x,n)<<endl;cout<<"power("<<c<<','<<n<<")="<<power(c,n)<<endl;cout<<"power("<<n<<','<<x<<")="<<power(n,x)<<endl;}4.2.2函數(shù)返回值return語句的一般格式為：

return表達式；函數(shù)的計算結(jié)果通過該語句傳遞回主調(diào)函數(shù)。【例4．3】設(shè)計函數(shù)，根據(jù)三角形的三邊長求面積。如果不能構(gòu)成三角形，給出提示信息。分析：函數(shù)為計算三角形面積，一般三角形返回面積值，若不能構(gòu)成三角形則返回-1。設(shè)計一個主函數(shù)完成函數(shù)測試。根據(jù)返回值情況輸出相應(yīng)結(jié)果。程序見下頁：4.2.2函數(shù)返回值#include<iostream.h>#include<math.h>floatTriangleArea(floata,floatb,floatc){if((a+b<=c)||(a+c<=b)||(b+c<=a))return-1;floats;s=(a+b+c)/2;

returnsqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c));}voidmain(){floata,b,c,area;cout<<"輸入三角形三邊a,b,c:"<<endl;cin>>a>>b>>c;

area=TriangleArea(a,b,c);if(area==-1)cout<<'('<<a<<','<<b<<','<<c<<')'<<"不能構(gòu)成三角形！"<<endl;else cout<<"三角形("<<a<<','<<b<<','<<c<<")面積為："<<area<<endl;}4.2.3

函數(shù)原型說明

函數(shù)原型是一條以分號結(jié)束的語句，實際上就是所定義函數(shù)的函數(shù)頭，形如：《函數(shù)返回值類型》函數(shù)名(《形參表》)

語法上對程序文件中函數(shù)的排列次序是沒有固定要求的，只要滿足先定義后使用即可。但從結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的角度，通常是先調(diào)用后定義。使用函數(shù)原型，則既符合由粗到精的思維方式，又滿足了語法要求。

其中形參表可以逐個列出每個參數(shù)的類型和參數(shù)名，也可以列出每個形參的類型，參數(shù)名可省略，各形參之間以逗號分隔。函數(shù)原型和所定義的函數(shù)必須在返回值類型、函數(shù)名、形參個數(shù)和類型及次序等方面完全對應(yīng)一致，否則將導(dǎo)致編譯錯誤。

下面是一個使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想開發(fā)的企業(yè)管理報表程序的框架。它使用了函數(shù)原型說明。#include<iostream.h>voidmenu_print();voidaccount_report();voidengineering_report();voidmarketing_report();voidmain(){intchoice;do{

menu_print(); cin>>choice;}while(choice<=0||choice>=4);switch(choice){case1:account_report();break;case2:engineering_report();break;case3:marketing_report();break;}}voidmenu_print(){cout<<”系統(tǒng)功能：”<<endl;cout<<”1 財務(wù)報表”<<endl;cout<<”2 工程報表”<<endl;cout<<”3 市場報表”<<endl;cout<<”選擇業(yè)務(wù)序號：”;}voidaccount_report(){//生成財務(wù)報表}voidengineering_report(){//生成工程報表}voidmarketing_report(){//生成市場報表；}voidmain(){ cout<<setw(10)<<'m'<<setw(20)<<"m*m“ <<setw(20)<<"m*m*m"<<endl; for(intm=11;m<1000;m++)

if(palindrome(m)&&palindrome(m*m) &&palindrome(m*m*m))

cout<<setw(10)<<m<<setw(20)<<m*m <<setw(20)<<m*m*<<endl;}boolpalindrome(intn){ intdigit[10]; intm=n,i=0; do{ digit[i]=n%10;n/=10;i++; }while(n>0); for(intj=0;j<i;j++)n=n*10+digit[j]; return(n==m);}4.2.3

函數(shù)原型說明mm*mm*m*m111211331101102011030301111123211367631

運行結(jié)果：（1）代碼區(qū)（Codearea）：存放程序代碼，即程序中各個函數(shù)的代碼塊；（2）全局數(shù)據(jù)區(qū)（Dataarea）：存放全局數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)；分配該區(qū)時內(nèi)存全部清零。（3）棧區(qū)（Stackarea）：存放局部變量，如函數(shù)中的變量等；分配棧區(qū)時內(nèi)存不處理。（4）堆區(qū)（Heaparea）：存放與指針相關(guān)的動態(tài)數(shù)據(jù)。分配堆區(qū)時內(nèi)存不處理。參見第七章。4.3.1變量的存儲機制與C++的內(nèi)存布局

4.3.2全局變量在所有函數(shù)之外定義的變量稱為全局變量。全局變量在編譯時建立在全局數(shù)據(jù)區(qū)，在未給出初始化值時系統(tǒng)自動初始化為全0。全局變量可定義在程序開頭，也可定義在中間位置，該全局變量在定義處之后的任何位置都是可以訪問的，稱為可見的。請看下例：4.3.2全局變量打印200調(diào)用func()函數(shù)func()200*2=400打印400n=100n=100*2=200【例4．5】多個函數(shù)使用全局變量的例子。#include<iostream.h>intn=100;voidfunc(){ n*=2;}voidmain(){ n*=2; cout<<n<<endl; func(); cout<<n<<endl;}4.3.3局部變量

定義在函數(shù)內(nèi)或塊內(nèi)的變量稱為局部變量。程序中使用的絕大多數(shù)變量都是局部變量。局部變量在程序運行到它所在的塊時建立在棧中，該塊執(zhí)行完畢局部變量占有的空間即被釋放。局部變量在定義時可加修飾詞auto，但通常省略。局部變量在定義時若未初始化，其值為隨機數(shù)。4.3.3局部變量打印main()中的t=3.5調(diào)用fun()函數(shù)fun()打印fun()中的t=5

打印main()中的t=3.5t=3.5t=5【例4．9】使用局部變量的例子。#include<iostream.h>voidfun(){autointt=5;//fun()中的局部變量，auto可省略cout<<"fun()中的t="<<t<<endl;}voidmain(){floatt=3.5;//main()函數(shù)中的局部變量cout<<"main()中的t="<<t<<endl;fun();cout<<"main()中的t="<<t<<endl;}4.4函數(shù)調(diào)用機制

局部變量占用的內(nèi)存是在程序執(zhí)行過程中“動態(tài)”地建立和釋放的。這種“動態(tài)”是通過棧由系統(tǒng)自動管理進行的。當(dāng)任何一個函數(shù)調(diào)用發(fā)生時，系統(tǒng)都要作以下工作：（1）建立棧空間；（6）恢復(fù)現(xiàn)場：取主調(diào)函數(shù)運行狀態(tài)及返回地址，釋放?？臻g；（7）繼續(xù)主調(diào)函數(shù)后續(xù)語句。（5）釋放被調(diào)函數(shù)中局部變量占用的?？臻g；（4）執(zhí)行被調(diào)函數(shù)函數(shù)體；（3）為被調(diào)函數(shù)中的局部變量分配空間，完成參數(shù)傳遞；（2）保護現(xiàn)場：主調(diào)函數(shù)運行狀態(tài)和返回地址入棧；4.4函數(shù)調(diào)用機制voidfun1(int,int);voidfun2(float);voidmain(){intx=1;y=2;fun1(x,y);}voidfun1(inta,intb){floatx=3;fun2(x);}voidfun2(floaty){intx;…}x棧頂棧底y3fun2()fun1()運行狀態(tài)及返回地址x3b2a1fun1()main()運行狀態(tài)及返回地址y2x1main()操作系統(tǒng)運行狀態(tài)及返回地址此圖例說明在程序執(zhí)行過程中怎樣通過?！皠討B(tài)”地建立和釋放局部變量占用的內(nèi)存的

4.5作用域與存儲類型4.5.1

作用域4.5.2變量的存儲類型4.5.3外部存儲類型與靜態(tài)存儲類型

4.5.4生命期與可見性

4.5.1作用域

1塊作用域

3文件作用域

2函數(shù)原型作用域

作用域指標識符能夠被使用的范圍。只有在作用域內(nèi)標識符才可以被訪問（稱為可見）。本節(jié)只討論局部域和文件域（全局域），其中局部域包括塊域和函數(shù)原型域。任何標識符作用域的起始點均為標識符說明處。下面分別介紹：參和函數(shù)體中定義的局部變量，作用域都在該函數(shù)內(nèi)，也稱作函數(shù)域。塊域塊指一對大括號括起來的程序段。塊中定義的標識符，作用域在塊內(nèi)。復(fù)合語句是一個塊。函數(shù)也是一個塊。復(fù)合語句中定義的標識符，作用域僅在該復(fù)合語句中。函數(shù)中定義的標識符，包括形塊域a=3b=535a=3b=5a=5b=3【例4．7】輸入兩數(shù)，將兩數(shù)按從大到小的順序保存，并輸出結(jié)果。結(jié)果棧t=3#include<iostream.h>voidmain(){inta,b; //具有函數(shù)域

cout<<"輸入兩整數(shù)："<<endl;

cin>>a>>b;

cout<<“a="<<a<<'\t'<<"b="<<b<<endl;

if(b>=a){ intt;

//具有塊域

t=a;

a=b;b=t;//交換a,b的值

}cout<<"a="<<a<<'\t'<<"b="<<b<<endl;}【例4．8】設(shè)計函數(shù)完成兩數(shù)交換，用主函數(shù)進行測試，看結(jié)果如何。#include<iostream.h>voids);voidmain(){inta,b;//a,b作用域為main()cout<<"輸入兩整數(shù)："<<endl;cin>>a>>b;cout<<"調(diào)用前：實參a="<<a<<','<<"b="<<b<<endl;swap(a,b);//傳值cout<<"調(diào)用后：實參a="<<a<<','<<"b="<<b<<endl;}voidsa,intb){//a,b作用域為swap()cout<<"調(diào)用中…"<<endl;cout<<"交換前：形參a=“<<a<<','<<"b="<<b<<endl;intt;t=a;a=b;b=t; //交換swap()中的a,b的值cout<<"交換后：形參a="<<a<<','<<"b="<<b<<endl;}

局部變量具有局部作用域使得程序在不同塊中可以使用同名變量。這些同名變量各自在自己的作用域中可見，在其它地方不可見。塊作用域由VC++平臺運行，結(jié)果如下：輸入兩整數(shù)：35調(diào)用前：實參a=3,b=5調(diào)用中…交換前：形參a=3,b=5交換后：形參a=5,b=3調(diào)用后：實參a=3,b=5

交換失敗

對于塊中嵌套其它塊的情況，如果嵌套塊中有同名局部變量，服從局部優(yōu)先原則，即在內(nèi)層塊中屏蔽外層塊中的同名變量，換句話說，內(nèi)層塊中局部變量的作用域為內(nèi)層塊；外層塊中局部變量的作用域為外層除去包含同名變量的內(nèi)層塊部分。

如果塊內(nèi)定義的局部變量與全局變量同名，塊內(nèi)仍然局部變量優(yōu)先，但與塊作用域不同的是，在塊內(nèi)可以通過域運算符“：：”訪問同名的全局變量。全局n=100

200300內(nèi)i=500內(nèi)j=600內(nèi)n=500+600=11001100500600100200+300=500500

500200300外部i=200外部j=300【例4．9】

顯示同名變量可見性。intn=100;#include<iostream.h>voidmain(){inti=200,j=300;cout<<n<<'\t'<<i<<'\t'<<j<<endl;{ //內(nèi)部塊inti=500,j=600,n;n=i+j;cout<<n<<'\t'<<i<<'\t'<<j<<endl;//輸出局部變量ncout<<::n<<endl;//輸出全局變量n}n=i+j; //修改全局變量cout<<n<<'\t'<<i<<'\t'<<j<<endl;}函數(shù)原型作用域

函數(shù)原型不是定義函數(shù)，在作函數(shù)原型聲明時，其中的形參作用域只在原型聲明中，即作用域結(jié)束于右括號。正是由于形參不能被程序的其他地方引用，所以通常只要聲明形參個數(shù)和類型，形參名可省略。3文件作用域

文件作用域也稱全局作用域。定義在所有函數(shù)之外的標識符，具有文件作用域，作用域為從定義處到整個源文件結(jié)束。文件中定義的全局變量和函數(shù)都具有文件作用域。如果某個文件中說明了具有文件作用域的標識符，該文件又被另一個文件包含，則該標識符的作用域延伸到新的文件中。如cin和cout是在頭文件iostream.h中說明的具有文件作用域的標識符，它們的作用域也延伸到嵌入iostream.h的文件中。存儲類型決定了變量的生命期，變量生命期指從獲得空間到空間釋放之間的時期。4.5.2變量的存儲類型

存儲類型的說明符有四個:auto,register,static和extern。前兩者稱為自動類型，后兩者分別為靜態(tài)和外部類型。本節(jié)重點掌握static和extern這兩種類型的使用和區(qū)別。具體說，區(qū)分局部變量和靜態(tài)局部變量，全局變量和靜態(tài)全局變量。auto：前面提到的局部變量都是自動類型。其空間分配于塊始，空間釋放于塊終，且由系統(tǒng)自動進行。自動變量保存在棧中，且是在程序運行過程中獲得和釋放空間，未初始化時值為隨機數(shù)。4.5.2變量的存儲類型

register:為提高程序運行效率，可以將某些變量保存在寄存器中，即說明為寄存器變量，但不提倡使用。static：靜態(tài)變量。根據(jù)被修飾變量的位置不同，分為局部（內(nèi)部）靜態(tài)變量和全局（外部）靜態(tài)變量。所有靜態(tài)變量均存放在全局數(shù)據(jù)區(qū)，編譯時獲得存儲空間，未初始化時自動全0，且只初始化一次。局部靜態(tài)變量的作用域為塊域，但生命期為整個文件。即當(dāng)塊結(jié)束時，局部靜態(tài)變量空間仍然保持，直到整個程序文件結(jié)束時該局部靜態(tài)變量空間才釋放，生命期結(jié)束。局部靜態(tài)變量

【例4．10】自動變量與局部靜態(tài)變量的區(qū)別。（演示）#include<iostream.h>st(){staticintt=100;//局部靜態(tài)變量t++;returnt;}at(){intt=100;//自動變量t++;returnt;}voidmain(){inti;for(i=0;i<5;i++)cout<<at()<<'\t';cout<<endl;for(i=0;i<5;i++)cout<<st()<<'\t';cout<<endl;}4.5.2變量的存儲類型

i=0t=100123451011011011011014.5.2變量的存儲類型

i=0t=10012101345102103104105#include<iostream.h>st(){staticintt=100;//局部靜態(tài)變量t++;returnt;}at(){intt=100;//自動變量t++;returnt;}voidmain(){inti;for(i=0;i<5;i++)cout<<at()<<'\t';cout<<endl;for(i=0;i<5;i++)cout<<st()<<'\t';cout<<endl;}全局靜態(tài)變量全局靜態(tài)變量是指用static修飾的全局變量。有關(guān)內(nèi)容在下節(jié)靜態(tài)存儲類型中介紹。4.5.3

外部存儲類型與靜態(tài)存儲類型1.

外部存儲類型2.

靜態(tài)存儲類型一個C++程序可以由多個源程序文件組成，編譯系統(tǒng)將這若干個文件連接在一起，產(chǎn)生可執(zhí)行程序。外部存儲類型和靜態(tài)存儲類型確定了變量和函數(shù)在多文件程序中的聯(lián)絡(luò)關(guān)系。

1外部存儲類型

外部存儲類型包括外部變量和外部函數(shù)。在由多個源程序文件組成的程序中，如果一個文件要使用另一個文件中定義的全局變量或函數(shù)，這些源程序文件之間通過外部類型的變量和函數(shù)進行溝通。在一個文件中定義的全局變量和函數(shù)都缺省為外部的，即其作用域可以延伸到程序的其他文件中。但其他文件如果要使用這個文件中定義的全局變量和函數(shù)，必須在使用前用“extern”作外部聲明，外部聲明通常放在文件的開頭。變量定義時編譯器為其分配存儲空間，而變量聲明指明該全局變量已在其他地方說明過，編譯系統(tǒng)不再分配存儲空間，直接使用變量定義時所分配的空間。函數(shù)聲明缺省為外部的，因此修飾詞extern通常省略。

1外部存儲類型

【例4.11】外部存儲類型的例子。假定程序包含兩個源程序文件Ex4_11_1.cpp和Ex4_11_2.cpp，程序結(jié)構(gòu)如下：/*Ex4_11_1.cpp，由main()組成*/#include<iostream.h>voidfun2();//外部函數(shù)聲明，等價于externvoidfun2();intn; //全局變量定義voidmain(){n=1;fun2(); //fun2()定義在文件Ex4_11_2.cpp中cout<<″n=″<<n<<endl;}/*Ex4_11_2.cpp，由fun2()組成*/externintn;//外部變量聲明，n定義在文件Ex4_11_1.cpp中voidfun2(){//fun2()被文件Ex4_11_1.cpp中的函數(shù)調(diào)用n=3;}運行結(jié)果：n=32靜態(tài)存儲類型

靜態(tài)存儲類型包括靜態(tài)全局變量和靜態(tài)函數(shù)。在定義全局變量或函數(shù)時加說明符static，就成為靜態(tài)變量或靜態(tài)函數(shù)。靜態(tài)存儲類型的作用域與外部存儲類型相反，一旦定義為靜態(tài)存儲類型，就限制該變量或函數(shù)只能在定義它的文件中使用。靜態(tài)全局變量在編譯時分配存儲空間，如果定義時不指定初值，則編譯系統(tǒng)將其初始化為全0。一個全局變量和一個靜態(tài)全局變量在使用上是不同的，其他文件通過外部變量聲明可以使用一個全局變量，但卻無法使用靜態(tài)全局變量，靜態(tài)全局變量只能被定義它的文件所獨享。函數(shù)與靜態(tài)函數(shù)之間的區(qū)別是相同的。4.5.4

生命期與可見性1.生命期2.可見性

1

生命期

（1）靜態(tài)生命期

（2）局部生命期

（3）動態(tài)生命期

生命期（Lifetime）也叫生存期。生命期與存儲區(qū)域相關(guān)，存儲區(qū)域分為代碼區(qū)、靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、棧區(qū)和堆區(qū)，相應(yīng)地，生命期分為靜態(tài)生命期、局部生命期和動態(tài)生命期。（1）靜態(tài)生命期

靜態(tài)生命期指的是標識符從程序開始運行時存在，即具有存儲空間，到程序運行結(jié)束時消亡，即釋放存儲空間。具有靜態(tài)生命期的標識符存放在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，屬于靜態(tài)存儲類型，如全局變量、靜態(tài)全局變量、靜態(tài)局部變量。具有靜態(tài)生命期的標識符在未被用戶初始化的情況下，系統(tǒng)會自動將其初始化為全0。

函數(shù)駐留在代碼區(qū)，也具有靜態(tài)生命期。所有具有文件作用域的標識符都具有靜態(tài)生命期。（2）局部生命期

在函數(shù)內(nèi)部或塊中定義的標識符具有局部生命期，其生命期開始于執(zhí)行到該函數(shù)或塊的標識符聲明處，結(jié)束于該函數(shù)或塊的結(jié)束處。具有靜態(tài)生命期的標識符存放在棧區(qū)。具有局部生命期的標識符如果未被初始化，其內(nèi)容是隨機的，不可用。具有局部生命期的標識符必定具有局部作用域；但反之不然，靜態(tài)局部變量具有局部作用域，但卻具有靜態(tài)生命期。（3）動態(tài)生命期

具有動態(tài)生命期的標識符由特定的函數(shù)調(diào)用或運算來創(chuàng)建和釋放，如調(diào)用malloc()或用new運算符為變量分配存儲空間時，變量的生命期開始，而調(diào)用free()或用delete運算符釋放空間或程序結(jié)束時，變量生命期結(jié)束。具有動態(tài)生命期的變量存放在堆區(qū)。關(guān)于new運算和delete運算將在指針一章中介紹?？梢娦?/p>

可見性從另一個角度說明標識符的有效性，可見性與作用域具有一定的一致性。標識符的作用域包含可見范圍，可見范圍不會超過作用域?？梢娦栽诶斫馔麡俗R符的作用域嵌套時十分直觀。對于外層塊與內(nèi)層塊定義了同名標識符的，在外層作用域中，內(nèi)層所定義的標識符是不可見的，即外層引用的是外層所定義的標識符；同樣，在內(nèi)層作用域中，外層的標識符將被內(nèi)層的同名標識符屏蔽，變得不可見，即外層中同名標識符的可見范圍為作用域中挖去內(nèi)層塊的范圍。圖4.6顯示下面程序段中變量的作用域與可見性?？梢娦?/p>

下面的程序段和圖示顯示作用域與可見性。

intm=1;floatx;{floatm=3.5;X=5.5;}m++;

intm,floatx作用域intm可見floatm不可見x可見floatm作用域floatm可見intm不可見x可見4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用

遞歸是一種描述問題的方法，或稱算法。遞歸的思想可以簡單地描述為“自己調(diào)用自己”。例如用如下方法定義階乘：可以看出是用階乘定義階乘，這種自己定義自己的方法稱為遞歸定義。在函數(shù)調(diào)用中，有這樣兩種情況，一種是在函數(shù)A的定義中有調(diào)用函數(shù)A的語句，即自己調(diào)用自己；另一種是函數(shù)A的定義中出現(xiàn)調(diào)用函數(shù)B的語句，而函數(shù)B的定義中也出現(xiàn)調(diào)用函數(shù)A的語句，即相互調(diào)用。前者稱直接遞歸，后者稱間接遞歸。本節(jié)只介紹直接遞歸。遞歸函數(shù)必須定義遞歸終止條件（Stoppingcondition），避免無窮遞歸（InfiniteRecursion）。遞歸定義的階乘算法用函數(shù)描述為：fac(intn){if(n==0||n==1)return1;elsereturnn*fac(n-1);}只要設(shè)計主函數(shù)調(diào)用階乘函數(shù)，即可實現(xiàn)計算階乘。4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用【例4．12】求4！#include<iostream.h>intfac(intn){ inty;cout<<n<<'\t'; if(n==0||n==1)y=1;elsey=n*fac(n-1); cout<<y<<'\t'; returny;}voidmain(){ cout<<"\n4!="<<fac(4)<<endl;}n=4cout<<4;y=4*fac(3);fac(4)=cout<<2;y=2*fac(1);

n=2cout<<1;y=1;cout<<1;return1;

n=1n=3cout<<3;y=3*fac(2);cout<<24;return24;cout<<6;return6;cout<<2;return2;24遞歸函數(shù)的執(zhí)行分為“遞推”和“回歸”兩個過程，這兩個過程由遞歸終止條件控制，即逐層遞推，直至遞歸終止條件，然后逐層回歸。每次調(diào)用發(fā)生時都首先判斷遞歸終止條件。遞歸調(diào)用同普通的函數(shù)調(diào)用一樣，每當(dāng)調(diào)用發(fā)生時，在棧中分配單元保存返回地址以及參數(shù)和局部變量；而與普通的函數(shù)調(diào)用不同的是，由于遞推的過程是一個逐層調(diào)用的過程，因此存在一個逐層連續(xù)的參數(shù)入棧過程，直至遇到遞歸終止條件時，才開始回歸，這時才逐層釋放?？臻g，返回到上一層，直至最后返回到主調(diào)函數(shù)。4.6函數(shù)的遞歸調(diào)用4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用【例4．13】

漢諾塔問題。有A、B、C三根柱子，A柱上有n個大小不等的盤子，大盤在下，小盤在上。要求將所有盤子由A柱搬動到C柱上，每次只能搬動一個盤子，搬動過程中可以借助任何一根柱子，但必須滿足大盤在下，小盤在上。打印出搬動的步驟。

A柱B柱C柱分析：1A柱只有一個盤子的情況：A柱C柱；2A柱有兩個盤子的情況：小盤A柱B柱，大盤A柱C柱，小盤B柱C柱。3A柱有n個盤子的情況：將此問題看成上面n-1個盤子和最下面第n個盤子的情況。n-1個盤子A柱B柱，第n個盤子A柱C柱，n-1個盤子B柱C柱。問題轉(zhuǎn)化成搬動n-1個盤子的問題，同樣，將n-1個盤子看成上面n-2個盤子和下面第n-1個盤子的情況，進一步轉(zhuǎn)化為搬動n-2個盤子的問題，……，類推下去，一直到最后成為搬動一個盤子的問題。這是一個典型的遞歸問題，遞歸結(jié)束于只搬動一個盤子。4.6函數(shù)的遞歸調(diào)用4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用算法可以描述為：1n-1個盤子A柱B柱，借助于C柱；2第n個盤子A柱C柱；3n-1個盤子B柱C柱，借助于A柱；其中步驟1和步驟3繼續(xù)遞歸下去，直至搬動一個盤子為止。由此，可以定義兩個函數(shù)，一個是遞歸函數(shù)，命名為hanoi(intn,charsource,chartemp,chartarget)，實現(xiàn)將n個盤子從源柱source借助中間柱temp搬到目標柱target；另一個命名為move(charsource,chartarget)，用來輸出搬動一個盤子的提示信息。程序如下：#include<iostream.h>voidmove(charsource,chartarget){cout<<source<<"->"<<target<<endl;}voidhanoi(intn,charsource,chartemp,chartarget){if(n==1)move(source,target);else{

hanoi(n-1,source,target,temp);//將n-1個盤子搬到中間柱 move(source,target); //將最后一個盤子搬到目標柱

hanoi(n-1,temp,source,target);//將n-1個盤子搬到目標柱}}voidmain(){ intn; cout<<"輸入盤子數(shù)："<<endl; cin>>n; hanoi(n,'A','B','C');}【例4．14】

輸入一個整數(shù)，用遞歸算法將整數(shù)倒序輸出。分析：在遞歸過程的遞推步驟中用求余運算將整數(shù)的各個位分離，并打印出來。#include<iostream.h>voidbackward(intn){ cout<<n%10; if(n<10)return; elsebackward(n/10);}voidmain(){ intn;

cout<<"輸入整數(shù)："<<endl; cin>>n; cout<<"原整數(shù)："<<n<<endl<<"反向數(shù)："; backward(n); cout<<endl;}4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用n=247cout<<7;backward(24);n=2cout<<2;return;n=24cout<<4;backward(2);backward(247)

return;

return;

cout<<endl;

求余總是取當(dāng)前整數(shù)的最右一位，所以先輸出余數(shù)后遞歸可實現(xiàn)倒序輸出。如果先遞歸后輸出余數(shù)，則是在回歸的過程中輸出，實現(xiàn)的就是正序輸出。從以上幾例可以看出，遞歸算法一般不需要借助循環(huán)，但通過不斷遞推和回歸的過程實現(xiàn)了其他算法用循環(huán)完成的功能。因此，遞歸的終止條件非常重要，否則將會無休止地遞歸下去，陷入死循環(huán)狀態(tài)?！纠?.15】在【例3.11】中采用遞推法求解Fibonacii數(shù)列，本例用遞歸法求解。本例的遞歸調(diào)用過程參見圖4.11。#include<iostream.h>#include<iomanip.h>intfib(intn){ if(n==0)return0; elseif(n==1)return1; elsereturnfib(n-1)+fib(n-2);}voidmain(){ for(inti=0;i<=19;i++){

//將19改為69，可以看出計算到后面越來越緩慢。 if(i%5==0)cout<<endl; cout<<setw(6)<<fib(i); } cout<<endl;}4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用圖4.11遞歸求解斐波那契數(shù)列調(diào)用樹同其他算法相比，用遞歸算法編制的程序非常簡潔易讀，但缺點是增加了內(nèi)存的開銷，在遞推的過程中會占用大量?？臻g，且連續(xù)的調(diào)用返回操作占用較多CPU時間。因此是否選擇使用遞歸算法取決于所解決的問題及應(yīng)用的場合。4.6

函數(shù)的遞歸調(diào)用4.7函數(shù)的一些高級議題4．7．1函數(shù)重載

4．7．2缺省變元

4．7．3內(nèi)聯(lián)函數(shù)

4.7.1函數(shù)重載在C++中，如果需要定義幾個功能相似，而參數(shù)類型不同的函數(shù)，那么這樣的幾個函數(shù)可以使用相同的函數(shù)名，這就是函數(shù)重載。例如求和函數(shù)，對應(yīng)不同的參數(shù)類型，可以定義如下幾個重載函數(shù)：sum(inta,intb)//不寫返回類型，返回整型doublesum(doublea,doubleb)floatsum(floata,floatb,floatc)當(dāng)某個函數(shù)中調(diào)用到重載函數(shù)時，編譯器會根據(jù)實參的類型去對應(yīng)地調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。匹配過程按如下步驟進行：（1）如果有嚴格匹配的函數(shù)，就調(diào)用該函數(shù)；（2）參數(shù)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后如果匹配，調(diào)用該函數(shù)；（3）通過用戶定義的轉(zhuǎn)換尋求匹配。因此在定義重載函數(shù)時必須保證參數(shù)類型不同，僅僅返回值類型不同是不行的。函數(shù)重載的好處在于，可以用相同的函數(shù)名來定義一組功能相同或類似的函數(shù)，程序的可讀性增強。4.7.1函數(shù)重載3+5=調(diào)用sum(3,5)函數(shù)sum(3,5)return82.2+5.6=調(diào)用sum(2.2,5.6)函數(shù)doublesum(2.2,5.6)return7.83.5+4+8=調(diào)用sum(3.5,4,8)函數(shù)floatsum(3.5,4,8)return15.5結(jié)束87.815.5【例4．16】

重載函數(shù)的應(yīng)用。#include<iostream.h>sum(inta,intb){ returna+b;}Doublesum(doublea,doubleb){ returna+b;}floatsum(floata,floatb,floatc){ returna+b+c;}voidmain(){ cout<<"3+5="<<sum(3,5) <<endl; cout<<"2.2+5.6=“ <<sum(2.2,5.6)<<endl; cout<<"3.5+4+8=“ <<sum(3.5,4,8)<<endl;}

一般情況下，函數(shù)調(diào)用時的實參個數(shù)應(yīng)與形參相同，但為了更方便地使用函數(shù)，C++也允許定義具有缺省參數(shù)的函數(shù)，這種函數(shù)調(diào)用時實參個數(shù)可以與形參不相同。

缺省參數(shù)指在定義函數(shù)時為形參指定缺省值（默認值）。這樣的函數(shù)在調(diào)用時，對于缺省參數(shù)，可以給出實參值，也可以不給出參數(shù)值。如果給出實參，將實參傳遞給形參進行調(diào)用，如果不給出實參，則按缺省值進行調(diào)用。缺省參數(shù)的函數(shù)調(diào)用：缺省參數(shù)的值或表達方式在編譯時確定，即其值通過表達式給出，但表達式必須有意義；缺省值還可以是全局常量、全局變量，甚至可以通過函數(shù)調(diào)用給出；但不能通過局部變量給出，因為局部變量的值在執(zhí)行時才有意義。4.7.2缺省變元【例4．20】缺省變元。//文件名：Ex4_20.cpp#include<iostream.h>voiddelay(intloops=5){//延時函數(shù),默認延時5個時間單位 for(;loops>0;loops--);}voidmain(){ delay(3); cout<<“延時3個時間單位"<<endl; delay(); //等同于delay(5) cout<<“延時5個時間單位"<<endl;}4.7.2缺省變元123延時3個時間單位12345延時5個時間單位缺省參數(shù)通過表達式給出，所以可以使用函數(shù)調(diào)用，如：

intfun1(inta=rand());參數(shù)a缺省時，可由隨機數(shù)發(fā)生函數(shù)當(dāng)場產(chǎn)生，編譯時定的是調(diào)什么函數(shù)。缺省參數(shù)可以有多個，但所有缺省參數(shù)必須放在參數(shù)表的右側(cè)，即先定義所有的非缺省參數(shù)，再定義缺省參數(shù)。這是因為在函數(shù)調(diào)用時，參數(shù)自左向右逐個匹配，當(dāng)實參和形參個數(shù)不一致時只有這樣才不會產(chǎn)生二義性。

一個參數(shù)只能在一個文件被指定一次缺省實參，習(xí)慣上，缺省參數(shù)在公共頭文件包含的函數(shù)聲明中指定，否則缺省實參只能用于包含該函數(shù)定義的文件中的函數(shù)調(diào)用。例如：intfun2(int,int=10,int=20); //函數(shù)原型中給出缺省值。參數(shù)名也可省略voidfun1(){…}intfun2(inta,intb,intc){…}//定義中不再給出缺省值4.7.2缺省變元4.7.3內(nèi)聯(lián)函數(shù)當(dāng)程序執(zhí)行函數(shù)調(diào)用時，系統(tǒng)要建立?？臻g，保護現(xiàn)場，傳遞參數(shù)以及控制程序執(zhí)行的轉(zhuǎn)移等等，這些工作需要系統(tǒng)時間和空間的開銷。有些情況下，函數(shù)本身功能簡單，代碼很短，但使用頻率卻很高，程序頻繁調(diào)用該函數(shù)所花費的時間卻很多，從而使得程序執(zhí)行效率降低。為了提高效率，一個解決辦法就是不使用函數(shù)，直接將函數(shù)的代碼嵌入到程序中。但這個辦法也有缺點，一是相同代碼重復(fù)書寫，二是程序可讀性往往沒有使用函數(shù)的好。為了協(xié)調(diào)好效率和可讀性之間的矛盾，C++提供了另一種方法，即定義內(nèi)聯(lián)函數(shù)，方法是在定義函數(shù)時用修飾詞inline。4.7.3內(nèi)聯(lián)函數(shù)請看如下程序段，讀入一行字符串，逐個判斷是否為數(shù)字字符：#include<iostream.h>inlineIsNumber(charch){returnch>=′0′&&ch<=′9′?1:0;}voidmain(){charch;while(cin.get(ch),ch!=′\n′){if(IsNumber(ch))cout<<″是數(shù)字字符″<<endl;elsecout<<″不是數(shù)字字符″<<endl;}}因使用頻度很高，說明為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。4.8C++的系統(tǒng)庫函數(shù)C++提供了一個很大的常用函數(shù)庫，該函數(shù)庫本身并不是C++語言的組成部分，所有庫中的函數(shù)用戶都可以自己定義，但直接使用庫函數(shù)能給編程帶來很大方便。系統(tǒng)函數(shù)庫實際上是一系列源程序文件，每個文件中定義了若干常用函數(shù)及標識符，具有相同或相似功能的函數(shù)和標識符集中放在一個文件中。這些文件均以.h的形式命名，存放在系統(tǒng)目錄的include子目錄下。例如文件iostream.h中定義了與控制臺輸入輸出和文件輸入輸出相關(guān)對象和成員函數(shù)，math.h中定義了大量數(shù)學(xué)函數(shù)，string.h中定義了大量與字符串操作相關(guān)的函數(shù)。

4．9頭文件與多文件結(jié)構(gòu)4．9．1頭文件

在將一個程序分解成若干個文件時，需要考慮標識符在其他文件中的可見性。使用頭文件是一個很有效的方法。如：#include<iostream.h>其中的iostream.h是系統(tǒng)定義的一個文件，這種以“.h”命名的文件稱為頭文件，系統(tǒng)定義的頭文件中定義了一些常用的公用標識符和函數(shù)，用戶只要將頭文件包含進自己的文件，就可使頭文件中定義的標識符在用戶文件中變得可見，也就可以直接使用頭文件中定義的標識符和函數(shù)。除了系統(tǒng)定義的頭文件外，用戶還可以自定義頭文件。對于具有外部存儲類型的標識符，可以在其他任何一個源程序文件中經(jīng)聲明后引用，因此用戶完全可以將一些具有外部存儲類型的標識符的聲明放在一個頭文件中。具體地說，頭文件中可以包括：用戶構(gòu)造的數(shù)據(jù)類型（如枚舉類型），外部變量，外部函數(shù)、常量和內(nèi)聯(lián)函數(shù)等具有一定通用性或常用的量，而一般性的變量和函數(shù)定義不宜放