04-函数原型和函数调用

7.1.2　函数原型和函数调用

至此，读者已熟悉了函数调用，但对函数原型可能不太熟悉，因为它经常隐藏在include文件中。程序清单7.2在一个程序中使用了函数cheer()和cube()。请留意其中的函数原型。

程序清单7.2　protos.cpp

// protos.cpp -- using prototypes and function calls
#include <iostream>
void cheers(int);       // prototype: no return value
double cube(double x); // prototype: returns a double
int main()
{
    using namespace std;
    cheers(5); // function call
    cout << "Give me a number: ";
    double side;
    cin >> side;
    double volume = cube(side); // function call
    cout << "A " << side <<"-foot cube has a volume of ";
    cout << volume << " cubic feet.\n";
    cheers(cube(2)); // prototype protection at work
    return 0;
}
void cheers(int n)
{
    using namespace std;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        cout << "Cheers! ";
    cout << endl;
}
double cube(double x)
{
    return x * x * x;
}

在程序清单7.2的程序中，只有在函数使用了名称空间std中的成员时，才在该函数中使用了编译指令using。下面是该程序的运行情况：

Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers!
Give me a number: 5
A 5-foot cube has a volume of 125 cubic feet.
Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers! Cheers!

main()使用函数名和参数（后面跟一个分号）来调用void类型的函数：cheers（5）；，这是一个函数调用语句。但由于cube()有返回值，因此main()可以将其用在赋值语句中：

double volume = cube(side);

但正如前面指出的，读者应将重点放在原型上。那么，应了解有关原型的哪些内容呢？首先，需要知道C++要求提供原型的原因。其次，由于C++要求提供原型，因此还应知道正确的语法。最后，应当感谢原型所做的一切。下面依次介绍这几点，将程序清单7.2作为讨论的基础。

1．为什么需要原型

原型描述了函数到编译器的接口，也就是说，它将函数返回值的类型（如果有的话）以及参数的类型和数量告诉编译器。例如，请看原型将如何影响程序清单7.2中下述函数调用：

double volume = cube(side);

首先，原型告诉编译器，cube()有一个double参数。如果程序没有提供这样的参数，原型将让编译器能够捕获这种错误。其次，cube()函数完成计算后，将把返回值放置在指定的位置——可能是CPU寄存器，也可能是内存中。然后调用函数（这里为main()）将从这个位置取得返回值。由于原型指出了cube()的类型为double，因此编译器知道应检索多少个字节以及如何解释它们。如果没有这些信息，编译器将只能进行猜测，而编译器是不会这样做的。

读者可能还会问，为何编译器需要原型，难道它就不能在文件中进一步查找，以了解函数是如何定义的吗？这种方法的一个问题是效率不高。编译器在搜索文件的剩余部分时将必须停止对main()的编译。一个更严重的问题是，函数甚至可能并不在文件中。C++允许将一个程序放在多个文件中，单独编译这些文件，然后再将它们组合起来。在这种情况下，编译器在编译main()时，可能无权访问函数代码。如果函数位于库中，情况也将如此。避免使用函数原型的唯一方法是，在首次使用函数之前定义它，但这并不总是可行的。另外，C++的编程风格是将main()放在最前面，因为它通常提供了程序的整体结构。

2．原型的语法

函数原型是一条语句，因此必须以分号结束。获得原型最简单的方法是，复制函数定义中的函数头，并添加分号。对于cube()，程序清单7.2中的程序正是这样做的：

double cube(double x); // add ; to header to get prototype

然而，函数原型不要求提供变量名，有类型列表就足够了。对于cheers()的原型，该程序只提供了参数类型：

void cheers(int); // okay to drop variable names in prototype

通常，在原型的参数列表中，可以包括变量名，也可以不包括。原型中的变量名相当于占位符，因此不必与函数定义中的变量名相同。

C++原型与ANSI原型

ANSI C借鉴了C++中的原型，但这两种语言还是有区别的。其中最重要的区别是，为与基本C兼容，ANSI C中的原型是可选的，但在C++中，原型是必不可少的。例如，请看下面的函数声明：

void say_hi();

在C++中，括号为空与在括号中使用关键字void是等效的——意味着函数没有参数。在ANSI C中，括号为空意味着不指出参数——这意味着将在后面定义参数列表。在C++中，不指定参数列表时应使用省略号：

void say_bye(...); // C++ abdication of responsibility

通常，仅当与接受可变参数的C函数（如printf()）交互时才需要这样做。

3．原型的功能

正如您看到的，原型可以帮助编译器完成许多工作；但它对程序员有什么帮助呢？它们可以极大地降低程序出错的几率。具体来说，原型确保以下几点：

• 编译器正确处理函数返回值；
• 编译器检查使用的参数数目是否正确；
• 编译器检查使用的参数类型是否正确；如果不正确，则转换为正确的类型（如果可能的话）。

前面已经讨论了如何正确处理返回值。下面来看一看参数数目不对时将发生的情况。例如，假设进行了如下调用：

double z = cube();

如果没有函数原型，编译器将允许它通过。当函数被调用时，它将找到cube()调用存放值的位置，并使用这里的值。这正是ANSIC从C++借鉴原型之前，C语言的工作方式。由于对于ANSI C来说，原型是可选的，因此有些C语言程序正是这样工作的。但在C++中，原型不是可选的，因此可以确保不会发生这类错误。

接下来，假设提供了一个参数，但其类型不正确。在C语言中，这将造成奇怪的错误。例如，如果函数需要一个int值（假设占16位），而程序员传递了一个double值（假设占64位），则函数将只检查64位中的前16位，并试图将它们解释为一个int值。但C++自动将传递的值转换为原型中指定的类型，条件是两者都是算术类型。例如，程序清单7.2将能够应付下述语句中两次出现的类型不匹配的情况：

cheers(cube(2));

首先，程序将int的值2传递给cube()，而后者期望的是double类型。编译器注意到，cube()原型指定了一个double类型参数，因此将2转换为2.0——一个double值。接下来，cube()返回一个double值（8.0），这个值被用作cheers()的参数。编译器将再一次检查原型，并发现cheers()要求一个int参数，因此它将返回值转换为整数8。通常，原型自动将被传递的参数强制转换为期望的类型。（但第8章将介绍的函数重载可能导致二义性，因此不允许某些自动强制类型转换。）

自动类型转换并不能避免所有可能的错误。例如，如果将8.33E27传递给期望一个int值的函数，则这样大的值将不能被正确转换为int值。当较大的类型被自动转换为较小的类型时，有些编译器将发出警告，指出这可能会丢失数据。

仅当有意义时，原型化才会导致类型转换。例如，原型不会将整数转换为结构或指针。

在编译阶段进行的原型化被称为静态类型检查（static type checking）。可以看出，静态类型检查可捕获许多在运行阶段非常难以捕获的错误。