Функции

4.6 Функции

Самый распространенный способ задания в С++ каких-то действий - это вызов функции, которая выполняет такие действия. Определение функции есть описание того, как их выполнить. Неописанные функции вызывать нельзя.

4.6.1 Описания функций

Описание функции содержит ее имя, тип возвращаемого значения (если оно есть) и число и типы параметров, которые должны задаваться при вызове функции. Например:

extern double sqrt(double);
extern elem* next_elem();
extern char* strcpy(char* to, const char* from);
extern void exit(int);

Семантика передачи параметров тождественна семантике инициализации: проверяются типы фактических параметров и, если нужно, происходят неявные преобразования типов. Так, если учесть приведенные описания, то в следующем определении:

double sr2 = sqrt(2);

содержится правильный вызов функции sqrt() со значением с плавающей точкой 2.0. Контроль и преобразование типа фактического параметра имеет в С++ огромное значение.

В описании функции можно указывать имена параметров. Это облегчает чтение программы, но транслятор эти имена просто игнорирует.

4.6.2 Определения функций

Каждая вызываемая в программе функция должна быть где-то в ней определена, причем только один раз. Определение функции - это ее описание, в котором содержится тело функции. Например:

extern void swap(int*, int*);  // описание

void swap(int* p, int* q)      // определение
{
  int t = *p;
  *p = *q;
  *q = *t;
}

Не так редки случаи, когда в определении функции не используются некоторые параметры:

void search(table* t, const char* key, const char*)
{
  // третий параметр не используется

  // ... 
}

Как видно из этого примера, параметр не используется, если не задано его имя. Подобные функции появляются при упрощении программы или если рассчитывают на ее дальнейшее расширение. В обоих случаях резервирование места в определении функции для неиспользуемого параметра гарантирует, что другие функции, содержащие вызов данной, не придется менять.

Уже говорилось, что функцию можно определить как подстановку ( inline ). Например:

inline fac(int i) { return i<2 ? 1 : n*fac(n-1); }

Спецификация inline служит подсказкой транслятору, что вызов функции fac можно реализовать подстановкой ее тела, а не с помощью обычного механизма вызова функций. Хороший оптимизирующий транслятор вместо генерации вызова fac(6) может просто использовать константу 720. Из-за наличия взаиморекурсивных вызовов функций-подстановок, а также функций-подстановок, рекурсивность которых зависит от входных данных, нельзя утверждать, что каждый вызов функции-подстановки действительно реализуется подстановкой ее тела. Степень оптимизации, проводимой транслятором, нельзя формализовать, поэтому одни трансляторы создадут команды 6*5*4*3*2*1, другие - 6*fac(5), а некоторые ограничатся неоптимизированным вызовом fac(6).

Чтобы реализация вызова подстановкой стала возможна даже для не слишком развитых систем программирования, нужно, чтобы не только определение, но и описание функции-подстановки находилось в текущей области видимости. В остальном спецификация inline не влияет на семантику вызова.

4.6.3 Передача параметров

При вызове функции выделяется память для ее формальных параметров, и каждый формальный параметр инициализируется значением соответствующего фактического параметра. Семантика передачи параметров тождественна семантике инициализации. В частности, сверяются типы формального и соответствующего ему фактического параметра, и выполняются все стандартные и пользовательские преобразования типа. Существуют специальные правила передачи массивов. Есть возможность передать параметр, минуя контроль типа, и возможность задать стандартное значение параметра. Рассмотрим функцию:

void f(int val, int& ref)
{
  val++;
  ref++;
}

При вызове f() в выражении val++ увеличивается локальная копия первого фактического параметра, тогда как в ref++ - сам второй фактический параметр увеличивается сам. Поэтому в функции

void g()
{
 int i = 1;
 int j = 1;
 f(i,j);
}

увеличится значение j, но не i. Первый параметр i передается по значению, а второй параметр j передается по ссылке. Мы говорили, что функции, которые изменяют свой передаваемый по ссылке параметр, труднее понять, и что поэтому лучше их избегать. Но большие объекты, очевидно, гораздо эффективнее передавать по ссылке, чем по значению. Правда можно описать параметр со спецификацией const, чтобы гарантировать, что передача по ссылке используется только для эффективности, и вызываемая функция не может изменить значение объекта:

void f(const large& arg)
{
  // значение "arg" нельзя изменить без явных
  // операций преобразования типа
}

Если в описании параметра ссылки const не указано, то это рассматривается как намерение изменять передаваемый объект:

void g(large& arg); // считается, что в g() arg будет меняться

Отсюда мораль: используйте const всюду, где возможно.

Точно так же, описание параметра, являющегося указателем, со спецификацией const говорит о том, что указуемый объект не будет изменяться в вызываемой функции. Например:

extern int strlen(const char*);  // из <string.h>
extern char* strcpy(char* to, const char* from);
extern int strcmp(const char*, const char*);

Значение такого приема растет вместе с ростом программы.

Отметим, что семантика передачи параметров отличается от семантики присваивания. Это различие существенно для параметров, являющихся const или ссылкой, а также для параметров с типом, определенным пользователем.

Литерал, константу и параметр, требующий преобразования, можно передавать как параметр типа const&, но без спецификации const передавать нельзя. Допуская преобразования для параметра типа const T&, мы гарантируем, что он может принимать значения из того же множества, что и параметр типа T, значение которого передается при необходимости с помощью временной переменной.

float fsqrt(const float&);  // функция sqrt в стиле Фортрана

 void g(double d)
 {
float r;

r = fsqrt(2.0f);  // передача ссылки на временную
     // переменную, содержащую 2.0f
r = fsqrt(r);     // передача ссылки на r
r = fsqrt(d);     // передача ссылки на временную
     // переменную, содержащую float(d)
}

Запрет на преобразования типа для параметров-ссылок без спецификации const введен для того, чтобы избежать нелепых ошибок, связанных с использованием при передаче параметров временных переменных:

void update(float& i);

void g(double d)
{
 float r;

 update(2.0f);    // ошибка: параметр-константа
 update(r);       // нормально: передается ссылка на r
 update(d);       // ошибка: здесь нужно преобразовывать тип

}