關(guān)于函數(shù)的高級(jí)專題

1、第7章 關(guān)于函數(shù)的高級(jí)專題合理使用函數(shù)能將程序模塊化，大大降低了問題的規(guī)模，提高了編碼效率，方便以后復(fù)用代碼。函數(shù)的參數(shù)傳遞有傳值，傳指針和傳引用3種方式，從類型的角度上看，參數(shù)不僅僅可以是系統(tǒng)內(nèi)建的數(shù)據(jù)類型，還可以是數(shù)組、結(jié)構(gòu)以及后面要介紹的類對(duì)象等等，同時(shí)，內(nèi)存使用注意事項(xiàng)、函數(shù)與指針的關(guān)系也是學(xué)習(xí)C+必須邁過的檻。7.1 內(nèi)存使用錯(cuò)誤剖析編寫代碼時(shí)，少不了和內(nèi)存打交道，很多程序員對(duì)此提心吊膽，稱內(nèi)存為“雷區(qū)”或“bug集中營”似乎并不過份。即使是久經(jīng)沙場(chǎng)的老手，有時(shí)也難免落入內(nèi)存錯(cuò)誤的陷阱。本節(jié)幫助讀者了解這些常見的錯(cuò)誤，在編程時(shí)加以注意，把出錯(cuò)的概率降到最低。7.1.1 內(nèi)存泄露使用n

2、ew或malloc()動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存，如果不再使用，應(yīng)該把它釋放掉，為程序節(jié)省內(nèi)存空間，方便后面的使用。在C/C+中，內(nèi)存管理器不會(huì)自動(dòng)回收不再使用的內(nèi)存。如果忘記釋放不再使用的內(nèi)存，在程序的運(yùn)行過程中，這些內(nèi)存就不能再被使用用，就造成了所謂的“內(nèi)存泄露”。內(nèi)存泄露是最為常見的錯(cuò)誤，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)配置比較高，內(nèi)存容量很大，一兩處內(nèi)存泄露通常不至于讓程序崩潰，也不會(huì)出現(xiàn)邏輯上的錯(cuò)誤，進(jìn)程退出時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)釋放該進(jìn)程所有相關(guān)的內(nèi)存，所以內(nèi)存泄露的后果相對(duì)來說并不是災(zāi)害性的。但這并不意味著完全沒有危險(xiǎn)，如果程序規(guī)模較大、長時(shí)間運(yùn)行，或者是內(nèi)存資源相對(duì)緊張的場(chǎng)合，內(nèi)存泄露過多會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存耗盡，系統(tǒng)沒有后繼

3、內(nèi)存可以使用，程序可能會(huì)崩潰。第6章講過，代碼塊中聲明的局部變量在代碼塊執(zhí)行完畢后會(huì)自動(dòng)消亡，那如果是在代碼塊中申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)回收么，答案是否定的，如：if ( condition )int* p = new int8;7.1.2 野指針前面提到“指針消亡，并不意味著其指向的內(nèi)存會(huì)被自動(dòng)釋放”，同樣“釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存，并不意味著指針會(huì)消亡，也不意味著指針的值會(huì)改變”，如：int* p=new int8;delete p;指向完delete p后，指針p是不是就自動(dòng)消亡了呢，錯(cuò)，不論是使用delete/delete還是使用free()，指針p非但不會(huì)消亡，其值也保持不變，并不會(huì)變?yōu)閚ul

4、l。這時(shí)，使用“if (p!=null)”進(jìn)行處理也無法起到防錯(cuò)作用。為此，指針被free或delete/delete后，一定要置為null，沒有置為null的指針常稱為“野指針”，釋放掉的堆內(nèi)存會(huì)被內(nèi)存管理器重新分配，野指針指向的內(nèi)存已經(jīng)被賦予新的意義。如果使用野指針釋放或再次訪問這塊內(nèi)存，會(huì)給程序帶來災(zāi)難性的后果。7.1.3 試圖修改常量程序中出現(xiàn)的字符串常量和其他全局常量（如全局const常量），是存放在.rodata里面的，.rodata內(nèi)存頁面是不能修改的，試圖對(duì)常量修改，會(huì)引發(fā)內(nèi)存錯(cuò)誤，如代碼72 。7.1.4 用錯(cuò)sizeof運(yùn)算符sizeof()可以計(jì)算數(shù)組的大小（字節(jié)數(shù)），但

5、對(duì)指針來說，sizeof僅僅得到指針變量的字節(jié)數(shù)。但當(dāng)數(shù)組作為函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行傳遞時(shí)，數(shù)組退化為同類型的指針，用sizeof是無法取得數(shù)組的大小的。代碼73演示了sizeof的用法：7.1.5 內(nèi)存越界訪問使用指針和數(shù)組訪問某塊內(nèi)存區(qū)域時(shí)，編譯器并不會(huì)對(duì)數(shù)組下標(biāo)是否越界、指針是否有效進(jìn)行檢查，如果不注意，很容易造成內(nèi)存越界訪問的錯(cuò)誤，內(nèi)存越界訪問有兩種：一種是讀越界，一種是寫越界，常稱作緩沖區(qū)溢出。讀越界，即讀了不屬于自己的數(shù)據(jù)，如果所讀的內(nèi)存地址是無效的，程序會(huì)立刻崩潰，但如果所讀內(nèi)存地址是有效的，在讀的時(shí)候不會(huì)出問題，但讀到的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果。寫越界，即往不該寫的內(nèi)存地址空

6、間中寫了東西，這往往會(huì)給程序帶來很多匪夷所思的錯(cuò)誤和BUG，有些癥狀是隨機(jī)的，時(shí)有時(shí)無，給問題分析帶來很多的困難。一些輔助工具可以幫忙檢查內(nèi)存越界，但從根本上說，在編程時(shí)應(yīng)十分小心，特別是對(duì)于外部傳入的參數(shù)要仔細(xì)檢查，另外，要做好程序的防錯(cuò)處理。7.1.6 變量的初始化不論是指針變量，還是普通變量，一定要時(shí)刻牢記“初始化”，雖然編譯器會(huì)對(duì)有的變量自動(dòng)初始化為0，但在聲明變量時(shí)就對(duì)它進(jìn)行初始化，是一個(gè)編程的好習(xí)慣，還要重視編譯器的警告信息，發(fā)現(xiàn)有引用未初始化的變量，立即修改過來。7.2 重申：函數(shù)參數(shù)傳遞和返回機(jī)制前面已經(jīng)提及，函數(shù)的參數(shù)傳遞有值傳遞、指針傳遞和引用傳遞，函數(shù)返回也可是返回值、返

7、回指針或返回引用。拋開引用傳遞，對(duì)值和指針，不論是參數(shù)傳遞還是函數(shù)返回，理解“副本”的概念十分重要。7.2.1 參數(shù)傳遞時(shí)的“副本”先來看一下函數(shù)調(diào)用的過程，不論是值傳遞還是指針傳遞，編譯器都要為每個(gè)函數(shù)制作臨時(shí)副本，函數(shù)體中對(duì)參數(shù)的修改都是對(duì)副本的修改，對(duì)傳值調(diào)用來說，對(duì)副本的任何操作不會(huì)對(duì)傳入的參數(shù)對(duì)象有任何的影響，這很好理解，但對(duì)傳指針調(diào)用來說，情況稍顯復(fù)雜，很多人對(duì)此存在誤解。指針參數(shù)傳遞的示例代碼見代碼74。7.2.2 函數(shù)返回時(shí)的“副本”函數(shù)執(zhí)行完畢后，函數(shù)內(nèi)部聲明的局部變量會(huì)自動(dòng)消亡，對(duì)應(yīng)的內(nèi)存被釋放，由內(nèi)存管理器收回，但返回值會(huì)被放置（復(fù)制）到指定位置（可能是CPU寄存器，也可

8、能是某個(gè)內(nèi)存單元），然后上級(jí)函從這個(gè)位置取得返回值。這個(gè)位置，可以看成是函數(shù)返回值的“副本”，這解釋了為什么可以用“return 局部變量;”來返回一個(gè)值，示例見代碼76。7.3 函數(shù)與指針在前面的章節(jié)中已經(jīng)介紹了函數(shù)的傳指針參數(shù)調(diào)用，返回指針，根據(jù)數(shù)組名和指針的等價(jià)性，函數(shù)的參數(shù)也可以是數(shù)組，在這些基本概念的基礎(chǔ)上，本節(jié)討論指向函數(shù)的指針以及帶參主函數(shù)的相關(guān)內(nèi)容。7.3.1 指向函數(shù)的指針函數(shù)是一組代碼的封裝體，這組代碼在內(nèi)存中占有一片存儲(chǔ)空間，該空間的起始地址存放在以函數(shù)名為名的單元的，換言之，函數(shù)名就是指向函數(shù)的常指針，這有點(diǎn)類似于數(shù)組名是指向數(shù)組內(nèi)存空間的常指針。(1)函數(shù)指針的聲明和

9、初始化（2）函數(shù)指針使用舉例7.3.2 typedef為了避免讀者對(duì)typedef的用法產(chǎn)生誤解，前面一直沒有介紹typedef的相關(guān)內(nèi)容，介紹完函數(shù)指針，來看看typedef的相關(guān)內(nèi)容。typedef用來給一個(gè)已經(jīng)存在的類型聲明一個(gè)別名，舉一個(gè)最簡單的例子:typedef int* int_p;/不要忘記分號(hào)typedef為int* 引入了一個(gè)新的助記符int_p，可以在程序中使用int_p聲明指向int型變量的指針，如：int_p pA,pB;上述代碼聲明了兩個(gè)int型指針變量pA和pB，應(yīng)當(dāng)注意：typedef不同于編譯預(yù)處理命令define，這種不同主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）#defi

10、ne是預(yù)處理指令，在編譯預(yù)處理時(shí)進(jìn)行簡單的替換，不做正確性檢查，不管含義，只是簡單的替換，如：#define PI 3.14（2）define結(jié)構(gòu)可以抽象為：define A B7.3.3 通過函數(shù)指針將函數(shù)作為另一個(gè)函數(shù)的參數(shù)函數(shù)指針的一個(gè)功用是把函數(shù)地址作為參數(shù)傳送，以提高函數(shù)的通用性和靈活性，如代碼710 ：7.3.4 函數(shù)指針數(shù)組指向函數(shù)的指針還可以組成指針數(shù)組，稱為函數(shù)指針數(shù)組。函數(shù)指針數(shù)組的使用范例見代碼：(詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參照本書)7.3.5 返回函數(shù)指針的函數(shù)和普通指針一樣，函數(shù)指針也可以作為另一個(gè)函數(shù)的返回值，如代碼712：7.4 函數(shù)與數(shù)組前面已經(jīng)討論過數(shù)組和指針的關(guān)系，知道數(shù)組

11、名實(shí)際上是指向數(shù)組所占內(nèi)存單元的常指針，由此可知，和指針一樣，數(shù)組既可以作函數(shù)的參數(shù)，也可以作函數(shù)的返回值。7.4.1 數(shù)組名作函數(shù)參數(shù)數(shù)組名用作函數(shù)參數(shù)時(shí)，用以向程序傳遞數(shù)組所占內(nèi)存單元的首地址，數(shù)組名參數(shù)與指針參數(shù)的用法幾乎完全一致。有數(shù)組參數(shù)的函數(shù)原型的一般形式為：返回類型 函數(shù)名(數(shù)組名 ,其他參數(shù))習(xí)慣上在參數(shù)列表中要指明數(shù)組元素的個(gè)數(shù)，在本章前面已經(jīng)說明，在函數(shù)內(nèi)部使用sizeof(數(shù)組名)返回的只是指針大小，而不是數(shù)組大小，因此，在參數(shù)列表中顯式注明數(shù)組元素的個(gè)數(shù)是個(gè)好的編程習(xí)慣，當(dāng)然，如果能保證不會(huì)出現(xiàn)越界訪問的情況，這個(gè)參數(shù)可以省略。理論上，“數(shù)組名”中是空的，沒有數(shù)字，如果

12、在其中寫明元素大小，編譯器也不予理會(huì)，不會(huì)做錯(cuò)誤檢驗(yàn)。7.4.2 通過指針得到多于1個(gè)的回傳值理論上說，C+函數(shù)最多只能有1個(gè)返回值（return返回值），因此，由函數(shù)返回?cái)?shù)組似乎是不可能的，實(shí)際上，使用指針可以使函數(shù)得到多于1個(gè)回傳值。（1）返回指針變量返回指針變量，便可以對(duì)指針指向的一片內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行讀寫，需要注意的是：不可返回指向棧內(nèi)存的指針，否則會(huì)出現(xiàn)“野指針”內(nèi)存錯(cuò)誤。（2）通過指針參數(shù)修改多個(gè)變量的值。7.5 函數(shù)與結(jié)構(gòu)體、共用體及類對(duì)象前面已經(jīng)講過結(jié)構(gòu)體和共用體的概念，結(jié)構(gòu)體和共用體將數(shù)據(jù)整合為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體。結(jié)構(gòu)體變量、共用體變量以及后面要介紹到的類對(duì)象，用法都接近于普通的變量，

13、對(duì)結(jié)構(gòu)體變量、共用體變量和類對(duì)象來說，函數(shù)支持其傳值、傳指針和傳引用調(diào)用，同時(shí)，函數(shù)可返回結(jié)構(gòu)體變量、共用體變量和類對(duì)象，也可返回指向這些變量的指針和引用。下面以結(jié)構(gòu)體來討論使用方式，共用體和類對(duì)象與結(jié)構(gòu)體在函數(shù)調(diào)用和返回的機(jī)制上是一致的。7.5.1 3種參數(shù)調(diào)用同其他變量一樣，結(jié)構(gòu)變量也可以作為函數(shù)的參數(shù)，請(qǐng)看代碼。（詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參照本書）7.5.2 3種返回機(jī)制函數(shù)的返回機(jī)制同樣有返回結(jié)構(gòu)變量，返回指向結(jié)構(gòu)變量的指針和返回引用3種方式，和參數(shù)傳遞一樣，返回結(jié)構(gòu)變量需要復(fù)制“結(jié)果”，浪費(fèi)時(shí)間和空間，傳遞指針和引用能有效提高效率，詳細(xì)的用法與第6章中講述的普通變量的3種返回機(jī)制完全一致。7.6

14、函數(shù)編寫的建議本節(jié)簡單討論下如何寫出高效，不易出錯(cuò)的代碼，當(dāng)然，這些建議只是最基本的幾條，在網(wǎng)絡(luò)上或者專門討論C+編程技巧的教材中，討論函數(shù)編寫原則和建議的篇幅是這里的幾十倍，這里權(quán)當(dāng)是拋磚引玉，有效與否還靠讀者的理解和檢驗(yàn)。7.6.1 合理使用const在指針傳遞或引用傳遞時(shí)，如果參數(shù)僅僅是輸入用，則應(yīng)在類型前加const，以防止指針在函數(shù)體內(nèi)被意外修改，若輸入?yún)?shù)采用“值傳遞”方式，函數(shù)將自動(dòng)產(chǎn)生臨時(shí)變量用于復(fù)制該參數(shù)，該參數(shù)本就不需要保護(hù)，不用const修飾。 對(duì)于非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的輸入?yún)?shù)，尤其是占內(nèi)存字節(jié)較多的參數(shù)，應(yīng)該將“值傳遞”改為“const引用傳遞”，以提高效率。但對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)類

15、型的輸入?yún)?shù)而言，不要將“值傳遞”的方式改為“const引用傳遞”。否則既達(dá)不到提高效率的目的，又降低了函數(shù)的可理解性。C+中，返回值也可用const修飾，這樣，在返回引用或指針時(shí)，不允許使用如下述代碼的形式對(duì)返回值改寫：函數(shù)名(參數(shù)表)表達(dá)式;7.6.2 檢查輸入?yún)?shù)的有效性很多函數(shù)代碼本身并沒有太大問題，常常是輸入?yún)?shù)出錯(cuò)或出現(xiàn)了沒有考慮到的情況，推薦的檢查方式是采用assert宏，關(guān)于assert宏的詳細(xì)介紹請(qǐng)參考第20章。此外，還要檢查一些全局變量、指針等是否有效。7.6.3 函數(shù)返回類型的判斷返回值是傳值、傳指針還是傳引用，在函數(shù)設(shè)計(jì)和編寫過程中要規(guī)劃好。這不僅牽扯到函數(shù)返回的效率，而且還要保證返回的指針和引用指向的不是棧內(nèi)存，否則，極容易形成“野指針”。7.7 小結(jié)本章討論了一些和函數(shù)相關(guān)的相對(duì)高階的內(nèi)容，以前面幾章的內(nèi)容為基礎(chǔ)，首先介紹了C+程序中經(jīng)常出現(xiàn)的內(nèi)存錯(cuò)誤，這往往是很多初學(xué)者忽略的東西，結(jié)果讓程序到處是漏洞，無從運(yùn)行。對(duì)函數(shù)參數(shù)傳遞和返回機(jī)制進(jìn)行了“重申”，理解“副本”的概念，不論是傳值還是傳指針調(diào)用，都存在“復(fù)制品”，不同的是傳指針僅僅復(fù)制指針變量占據(jù)的4個(gè)字節(jié)（某些系統(tǒng)是2個(gè)字節(jié)），效率相比傳值調(diào)用要高，尤