函数

随着程序规模的扩大，你的 main() 函数可能变得越来越臃肿了。这时候使用函数将不同的模块分开书写，可以让程序变得条理清晰、简明易懂。例如下面是 OJ 习题 “环形矩阵” 的一段代码：

int n;
int a[100][100];

int main ()
{
    scanf("%d", &n);
    for (int k = 1; k <= (n + 1) / 2; k++)
        for (int i = k; i <= n + 1 - k; i++)
            for (int j = k; j <= n + 1 - k; j++)
                a[i][j] = k;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        for (int j = 1; j <= n; j++)
            printf("%4d", a[i][j]);
        puts("");
    }
    return 0;
}

读入、矩阵制作、输出三个步骤全部放在 main() 函数中显得有些冗长。我们可以根据功能将上述代码分成三个模块，每个模块写在一个单独的子函数里：

int n;
int a[100][100];

void input()
{
    scanf("%d", &n);
}

void matrix_generation()
{
    for (int k = 1; k <= (n + 1) / 2; k++)
        for (int i = k; i <= n + 1 - k; i++)
            for (int j = k; j <= n + 1 - k; j++)
                a[i][j] = k;
}

void print()
{
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        for (int j = 1; j <= n; j++)
            printf("%4d", a[i][j]);
        puts("");
    }
}

int main ()
{
    input();
    matrix_generation();
    print();
    return 0;
}

由于这个程序比较简单，你可能会觉得这样写代码非常拖沓。但随着程序结构的进一步复杂化，你一定会发现将程序分功能分模块书写能帮助你理清思路，也方便 debug。

定义

函数的基本语法如下：

int func(int a, float b, char c, ...)
{
}

其中

• 第一个 int 指明了函数的返回值类型为 int。你当然可以选择别的类型，如果你的函数不需要返回值，可以用 void。
• func 是函数的名称。这是你可以自由指定的部分。
• (int a, float b, ...) 是函数的参数。你可以指定任意个数的参数，但每个参数都要有类型。

下面是一个简明的例子：

int abs(int x) {
    int res = x >= 0 ? x : -x;
    return res;
}

int main ()
{
    int x = -1;
    x_abs = abs(x); // x_abs = 1
    return 0;
}

注意所有的子函数要写在 main 函数的上方 (这是 C/C++ 的要求)。如果你想要将子函数写在 main 函数的下方，需要在 main 函数之前先声明该子函数。声明简单来说就是将函数的定义抄一遍：

int abs(int x);

int main ()
{
    int x = -1;
    x_abs = abs(x);
    return 0;
}

int abs(int x) {
    int res = x >= 0 ? x : -x;
    return res;
}

变量的作用域

有了函数的概念后我们就必须要区分“全局变量“和“局部变量”。顾名思义在函数内部定义的变量是局部变量，该变量只能在当前函数内使用。在所有函数外定义的变量是全局变量，该变量可以在任何函数中使用 (注：一个函数的参数也是该函数的局部变量)。下面是一个例子：

int n = 0;

void func()
{
    printf("%d\n", n); // 输出结果为 0。
    printf("%d\n", m); // 编译错误：m 是 main() 的局部变量，在 func() 中不可用。
}

int main ()
{
    int n = 1, m = 2;
    printf("%d\n", n); // 输出结果为 1，全局变量和局部变量重名优先使用局部变量。
}

按值传递和按引用传递

按值传递和按引用传递是函数中必须提及的另一个重要概念。很多初学者会疑惑：如果我在子函数中对参数的值做了改动，主函数里相应的变量会变吗？你可以做一个小实验探索这一点：

void func(int x) { x = 2; }
int main ()
{
    int x = 1;
    func(x);
    printf("%d\n", x); // 输出结果为 1
}

事实证明子函数的改动不会影响主函数。这是因为 C/C++ 中函数变量参数的传递默认使用按值传递，即子函数的参数变量 x 和主函数的变量 x 是两个独立的主体，在函数调用时主函数的 x 的值会被复制到子函数的 x 中，在子函数中对 x 的所有改动都是针对这个“复印件”的，对原件没有影响。

那么有没有办法可以让子函数直接修改主函数中的变量的值呢？ C++ 提供了引用变量的机制，一个例子如下：

void func(int x, int &y) { x++; y++; }
int main ()
{
    int x = 1, y = 1;
    func(x, y);
    printf("%d %d\n", x, y); // 输出结果为 1 2
}

在这个例子中，x 是按值传递的，y 是按引用传递的 (注意函数参数前的 & 符号)。按引用传递可以理解为直接将原件交给了子函数，子函数的改动会影响主函数的值。