Функции в С++. Перегрузка функций. (Лекция 3)

Структурирование кода
Функция представляет собой именованную группу операторов, которые выполняют определенную задачу. Эта группа операторов задействуется путем вызова функции.
Основные причины использования функций:
1) стремление сократить размер кода,
2) стремление упростить кодирование часто повторяющихся задач.
Одним из способов структурирования программного кода является использование процедур и функций (процедурное программирование).

Методы использования функций
Часто выделяют следующие этапы создания функций и работы с ними: объявление функции (прототип)
определение функции
вызов (выполнение функции)

1) Объявление (прототип)
не содержит тела функции, но указывает ее имя, арность, типы аргументов и возвращаемый тип данных,
представляет собой описание интерфейса функции (ее сигнатуру).
Пример
int func1(int k);

2) Определение
содержит сигнатуру функции,
содержит тело функции – то есть код, выполняемый при вызове.
int func1(int k)
{
int n = 1;
for(int i = 1; i <= k; i++)
n *= i;
return n;
}

3) Вызов функции
внешне похож на прототип,
инициирует выполнение функции.
int F;
... F = func1(5);
Параметры, передаваемые в функцию при вызове, называются фактическими параметрами, в отличие от формальных параметров, используемых в определении функции. В момент вызова фактические параметры должны иметь определенное значение.

Передача программного управления при вызове функции

Использование стека вызовов
Стек вызовов (call stack) — область памяти, используемая при вызовах функций.
В стек помещаются:
1) фактические параметры,
2) адрес возврата из функции,
3) локальные переменные,
4) значения регистров.

Ссылки
Ссылка – особый тип данных, являющийся скрытой формой указателя, который при использовании автоматически разыменовывается. Ссылка может использоваться как псевдоним переменной, на которую ссылается.
тип &имя_ссылки = имя переменной;

Пример использования ссылки
int main(int argc, char* argv[])
{
int value = 15;
int &reference = value; // ссылка
cout << "value = " << value << endl;
cout << "reference = " << reference << endl;
reference+=15; // изменяем
cout << "value = " << value << endl;
cout << "reference = " << reference << endl;
system("pause");
return 0;
}

Передача аргументов в функцию
В языке С++ существует несколько способов передачи аргументов внутрь вызываемой функции
Передача по значению. В стеке создается копия передаваемого значения, и функция получает доступ к этой копии.
Передача по адресу. Функции передается указатель на область памяти, где располагается аргумент. Используя операцию разыменования, функция получает прямой доступ к значению.
Передача по ссылке. В функцию передается ссылка на аргумент (фактически, его адрес). Для доступа к значению аргумента разыменование не требуется.

void f(int x) // по значению
{
cout << x; x = 1;
cout << x;
}
void g(int* x) // по адресу
{
cout << *x;
*x = 2;
cout << *x;
}
void h(int& x) // по ссылке
{
cout << x;
x = 3;
cout << x;
}
int main()
{
int x = 0;
f(x);
g(&x);
h(x);
return 0;
}
01 02 23

В функцию могут передаваться не только переменные стандартных типов (int, float, char, ...), но и структурные переменные. В С++ структура может быть передана в функцию любым из трех способов - по значению, по адресу, по ссылке.
#include
using namespace std;
struct Distance
{
int feet;
float inches;
};
void display(Distance dd)
{
cout << dd.feet << "\'-" << dd.inches << "\"";
}

void scale(Distance& dd, float f)
{
float inches = (dd.feet*12 + dd.inches) * f;
dd.feet = static_cast
(inches / 12);
dd.inches = inches - dd.feet * 12;
}
int main()
{
...
Distance d1 = {12, 6.5};
Distance d2 = {10, 5.5};
scale(d1, 0.5);
scale(d2, 0.25);
display(d1);
display(d2);
...
return 0;
}

#include "mscon.h"
struct circle
{
int x, y; // центр окружности
int radius; // радиус
color fillcolor; // цвет
fstyle fillstyle; // стиль заполнения
};
void circ_draw(circle c)
{
set_color(c.fillcolor);
set_fill_style(c.fillstyle);
draw_circle(c.x, c.y, c.radius);
}
//... (окончание)
Пример приложения. Прорисовка окружностей в текстовом режиме

// ... (начало)
int main()
{
init_graphics();
circle c1 = {15, 7, 5, cBLUE, X_FILL};
circle c2 = {41, 12, 7, cRED, O_FILL};
circle c3 = {65, 18, 4, cGREEN, MEDIUM_FILL};
circ_draw(c1);
circ_draw(c2);
circ_draw(c3);
set_cursor_pos(1, 25);
return 0;
}

Результата работы приложения

Значение, возвращаемое функцией
Функция возвращает результат своей работы в вызывающую программу с помощью оператора return.
Кроме переменных стандартных типов (int, float, char, ...) в языке С++ функция может возвращать значения структурного типа.

Distance add(Distance dd1, Distance dd2)
{
Distance dd3;
dd3.inches = dd1.inches + dd2.inches;
dd3.feet = 0;
if(dd3.inches >= 12.0)
{
dd3.inches -= 12.0;
dd3.feet++;
}
dd3.feet += dd1.feet + dd2.feet;
return dd3;
}
Пример. Структура как возвращаемое значение

Перегрузка функций
Перегрузка функций в языке С++ означает использование нескольких вариантов функции с одним и тем же именем, но с разным числом аргументов или разными типами аргументов.
При вызове перегруженной функции, выбор ее конкретного варианта происходит на основе анализа количества и типа аргументов. Такой подход получил называние статического полиморфизма.
На этапе трансляции программы происходит контроль одноимённых функций, чтобы они различались по сигнатуре.

// объем куба
int volume(int s)
{
return(s*s*s);
}
// объем цилиндра double volume(double r, int h)
{
return(3.14*r*r*h);
}
// объем параллелепипеда
long volume(long l, int b, int h)
{
return(l*b*h);
}
Пример. Перегрузка функции расчета объема тела.
int main()
{
cout << volume(10);
cout << volume(2.5,8);
cout << volume(9,5,4);
return 0;
}

Константные аргументы функции
Ссылки на аргументы функции используются не только в случаях, когда необходимо менять значения аргументов. Часто ссылочный механизм передачи применяется для повышения скорости работы программы (пример - передача через стек крупных структурных объектов с большим количеством полей).
В случае, если ссылка используется только для повышения эффективности, свободный доступ к значению аргумента может быть ограничен с помощью модификатора const.

void func(int& a, const int& b)
{
a = 107; // нет ошибки
b = 111; // ошибка: попытка изменения
} // константного аргумента
int main()
{
int alpha = 7;
int beta = 11;
func(alpha, beta);
return 0;
}
Пример. Использование константной ссылки в качестве аргумента функции

Создание библиотечного модуля
Пример: модуль арифметических функций.
Заголовочный файл библиотеки «mathfuncs.h»
#ifdef MATHFUNCS_H
#define MATHFUNCS_H
namespace mathspace
{
double add(double a, double b);
double subtract(double a, double b);
double multiply(double a, double b);
double divide(double a, double b);
}
#endif

Файл реализации библиотечных функций «mathfuncs.cpp»
#include "mathfuncs.h"
#include
namespace mathspace
{
double add(double a, double b)
{
return a + b;
}
double subtract(double a, double b)
{
return a - b;
}
// ... (продолжение)

//... (начало)
double multiply(double a, double b)
{
return a * b; }
double divide(double a, double b)
{
if (b == 0)
{
throw std::invalid_argument("b = 0!");
}
return a / b;
}
}