1. 函數的定義和調用

在C++中，函數是組織和結構化代碼的關鍵工具之一。它們允許您將一段代碼封裝成一個可重復使用的模塊，這有助于提高代碼的可讀性和維護性。

為什么使用函數？

函數在編程中的作用不可小覷。它們有以下幾個重要用途：

• 模塊化編程： 函數允許將代碼劃分為小的、獨立的單元，使得代碼更易于理解和管理。

• 代碼重用： 一次編寫，多次使用。您可以在程序的不同地方調用同一個函數，而不必重復編寫相同的代碼。

• 提高可讀性： 通過將代碼分解為函數，您可以為每個函數取一個描述性的名字，使代碼更具可讀性。

定義函數

在C++中，函數的定義通常包括以下幾個部分：

// 函數聲明（函數原型）
返回類型 函數名(參數列表);// 函數定義
返回類型 函數名(參數列表) {// 函數體// 執(zhí)行一些操作return 返回值; // 如果有返回值的話
}

• 返回類型： 函數可以返回一個值，這個值的類型由返回類型指定。如果函數不返回任何值，可以使用 void 關鍵字表示。

• 函數名： 函數的名稱，是函數的標識符。

• 參數列表： 函數可以接受零個或多個參數，這些參數在圓括號內列出，并用逗號分隔。

• 函數體： 包含函數執(zhí)行的實際代碼部分。

• 返回值： 如果函數有返回值，使用 return 語句返回該值。

函數定義：

// 函數聲明
int add(int a, int b);// 函數定義
int add(int a, int b) {int result = a + b;return result;
}

調用函數

調用函數意味著執(zhí)行函數內的代碼。要調用函數，只需使用函數名和合適的參數列表。

int main() {int num1 = 5;int num2 = 3;int sum = add(num1, num2); // 調用add函數cout << "Sum: " << sum << endl;return 0;
}

示例中，add 函數被調用來計算 num1 和 num2 的和，并將結果存儲在 sum 變量中。

2. 參數傳遞

在C++中，參數傳遞是函數與外部世界進行數據交換的重要方式之一。它可以通過不同的方式實現(xiàn)，包括按值傳遞和按引用傳遞。

按值傳遞 vs. 按引用傳遞

按值傳遞

參數按值傳遞給函數時，函數會創(chuàng)建參數的一個副本，這意味著在函數內部對參數的更改不會影響外部的原始數據。

void modifyValue(int x) {x = 10; // 在函數內部修改副本
}int main() {int value = 5;modifyValue(value);cout << "Value after function call: " << value << endl; // 仍然是5return 0;
}

按引用傳遞

按引用傳遞參數時，函數操作的是原始數據的引用，這意味著對參數的更改會影響外部的原始數據。

void modifyValue(int &x) {x = 10; // 直接修改原始數據
}int main() {int value = 5;modifyValue(value);cout << "Value after function call: " << value << endl; // 現(xiàn)在是10return 0;
}

函數參數的默認值

函數的參數提供默認值，這意味著在調用函數時，可以省略某些參數，讓編譯器使用默認值。

void printMessage(string message = "Hello, World!") {cout << message << endl;
}int main() {printMessage(); // 使用默認消息printMessage("Custom message"); // 使用自定義消息return 0;
}

函數重載

函數重載允許在同一范圍內定義多個具有相同名稱但不同參數列表的函數。編譯器根據函數調用的參數來選擇正確的函數。

int add(int a, int b) {return a + b;
}double add(double a, double b) {return a + b;
}

示例

參數傳遞的不同方式和默認值的影響：

void modify(int x) {x = 10;
}void modify(double &y) {y = 3.14;
}int main() {int num = 5;double pi = 3.14159265359;modify(num); // 傳值，num不變modify(pi);  // 傳引用，pi被修改cout << "Modified num: " << num << endl;cout << "Modified pi: " << pi << endl;return 0;
}

在示例中，modify 函數分別按值和按引用傳遞參數，從而導致了不同的行為。

3. 函數的返回值

函數的返回值是函數執(zhí)行后向調用者提供的結果。在C++中，您可以指定函數的返回值類型，并使用return語句從函數中返回值。

返回值類型

每個C++函數都有一個返回值類型，它指定了函數返回的數據類型。返回值類型在函數聲明和定義中都必須指定。

int add(int a, int b) { // 返回值類型為intreturn a + b;
}double divide(double x, double y) { // 返回值類型為doublereturn x / y;
}

返回語句

return語句用于從函數中返回值?？梢猿霈F(xiàn)在函數的任何位置，但一旦執(zhí)行，函數將立即終止，并將控制返回給調用者。

int multiply(int a, int b) {int result = a * b;return result; // 返回計算結果
}

示例

使用函數的返回值：

int main() {int sum = add(5, 3); // 調用add函數并接收返回值double quotient = divide(10.0, 2.0); // 調用divide函數并接收返回值cout << "Sum: " << sum << endl;cout << "Quotient: " << quotient << endl;return 0;
}

在上面的示例中，add 和 divide 函數返回整數和浮點數，分別被存儲在 sum 和 quotient 變量中。

返回值在表達式中的應用

函數的返回值可以直接用作表達式的一部分。這使得函數調用非常靈活，可以在數學表達式或其他計算中使用。

int main() {int result = multiply(add(2, 3), 4); // 使用函數返回值進行嵌套調用和計算cout << "Result: " << result << endl;return 0;
}

在示例中，add(2, 3) 的返回值被傳遞給 multiply 函數，以便進行進一步的計算。

4. 標準C++庫介紹

C++作為一門強大的編程語言，擁有豐富的標準庫，提供了許多有用的功能和數據結構。

包含頭文件

要使用C++標準庫中的功能，首先需要包含相應的頭文件。頭文件包含了庫中的類、函數和對象的聲明，它們是使用這些庫的關鍵。

#include <iostream>  // 包含iostream頭文件，用于輸入輸出操作
#include <string>    // 包含string頭文件，用于字符串操作
#include <vector>    // 包含vector頭文件，用于動態(tài)數組操作

示例用法

庫的示例用法：

使用iostream進行輸入和輸出

#include <iostream>int main() {// 輸出文本到控制臺std::cout << "Hello, World!" << std::endl;// 從用戶輸入讀取數據int num;std::cout << "Enter a number: ";std::cin >> num;// 輸出讀取到的數據std::cout << "You entered: " << num << std::endl;return 0;
}

使用string進行字符串操作

#include <string>int main() {std::string greeting = "Hello, ";std::string name = "John";// 字符串拼接std::string message = greeting + name;// 獲取字符串長度int length = message.length();// 輸出結果std::cout << message << " (Length: " << length << ")" << std::endl;return 0;
}

使用vector創(chuàng)建動態(tài)數組

#include <vector>int main() {std::vector<int> numbers;// 向vector添加元素numbers.push_back(1);numbers.push_back(2);numbers.push_back(3);// 遍歷并輸出vector的元素for (int i = 0; i < numbers.size(); ++i) {std::cout << numbers[i] << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

5. 頭文件和命名空間

在C++編程中，頭文件和命名空間是非常重要的概念。頭文件用于包含聲明和定義，而命名空間則用于避免命名沖突。

頭文件的作用

頭文件通常包含了函數、類和變量的聲明，以及必要的函數原型和常量定義。頭文件的作用是將這些聲明集中在一起，以便在多個源文件中共享。這有助于模塊化編程，提高了代碼的可維護性。

創(chuàng)建自定義頭文件

要創(chuàng)建自定義頭文件，只需新建一個以.h或.hpp為擴展名的文本文件，并在其中包含所需的聲明。例如，以下是一個名為myheader.h的頭文件的示例：

#ifndef MYHEADER_H
#define MYHEADER_H// 在這里添加聲明#endif

命名空間的概念

命名空間是一種將全局作用域劃分為不同部分以防止命名沖突的機制。它允許您將相關的函數、類和變量組織到一個命名空間中，以避免與其他代碼的命名沖突。

使用命名空間

要使用命名空間，您可以使用namespace關鍵字定義一個命名空間，然后將相關聲明放入其中。例如：

// 定義一個名為mynamespace的命名空間
namespace mynamespace {int myVariable;void myFunction();
}

// 使用mynamespace中的變量和函數
mynamespace::myVariable = 42;
mynamespace::myFunction();

簡化命名空間的使用

為了簡化命名空間的使用，可以使用using關鍵字來聲明在命名空間中的特定成員。例如：

// 使用mynamespace中的myVariable
using mynamespace::myVariable;int main() {myVariable = 42; // 不需要指定命名空間return 0;
}

6.案例分析

函數重載：

#include <iostream>// 函數重載：處理整數
int add(int a, int b) {return a + b;
}// 函數重載：處理雙精度浮點數
double add(double a, double b) {return a + b;
}int main() {int intResult = add(5, 7);double doubleResult = add(3.5, 2.7);std::cout << "Integer Result: " << intResult << std::endl;std::cout << "Double Result: " << doubleResult << std::endl;return 0;
}

運行結果：

遞歸函數：

#include <iostream>int fibonacci(int n) {if (n <= 1) {return n;}return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}int main() {int n = 10;for (int i = 0; i < n; ++i) {std::cout << fibonacci(i) << " ";}return 0;
}

運行結果：

Lambda表達式：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {std::vector<int> numbers = {5, 2, 8, 1, 3};// 使用Lambda表達式對向量進行排序std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) {return a < b;});// 使用Lambda表達式篩選出偶數auto isEven = [](int x) { return x % 2 == 0; };std::vector<int> evenNumbers;std::copy_if(numbers.begin(), numbers.end(), std::back_inserter(evenNumbers), isEven);// 輸出排序后的向量std::cout << "Sorted Numbers: ";for (int num : numbers) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;// 輸出篩選后的偶數std::cout << "Even Numbers: ";for (int num : evenNumbers) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

運行結果：

字符串處理：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>int main() {std::string str = "Hello, World!";// 反轉字符串std::reverse(str.begin(), str.end());std::cout << "Reversed String: " << str << std::endl;// 查找子字符串std::string subStr = "World";size_t found = str.find(subStr);if (found != std::string::npos) {std::cout << "Substring found at position: " << found << std::endl;} else {std::cout << "Substring not found." << std::endl;}// 將字符串拆分為單詞std::string sentence = "This is a sample sentence";size_t startPos = 0;while (startPos < sentence.length()) {size_t spacePos = sentence.find(' ', startPos);if (spacePos == std::string::npos) {spacePos = sentence.length();}std::string word = sentence.substr(startPos, spacePos - startPos);std::cout << "Word: " << word << std::endl;startPos = spacePos + 1;}return 0;
}

運行結果：

容器操作：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <map>int main() {// 使用std::vector進行容器操作std::vector<int> numbers = {5, 2, 8, 1, 3};// 添加元素numbers.push_back(7);// 刪除元素numbers.erase(std::remove(numbers.begin(), numbers.end(), 3), numbers.end());// 對容器排序std::sort(numbers.begin(), numbers.end());// 輸出容器元素std::cout << "Vector Elements: ";for (int num : numbers) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;// 使用std::map進行容器操作std::map<std::string, int> scores;// 添加鍵值對scores["Alice"] = 95;scores["Bob"] = 87;scores["Charlie"] = 92;// 查找元素std::string name = "Bob";if (scores.find(name) != scores.end()) {std::cout << name << "'s Score: " << scores[name] << std::endl;} else {std::cout << "Name not found." << std::endl;}return 0;
}

運行結果：

多線程和并發(fā)：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>// 用于計算部分數組總和的函數
void partialSum(const std::vector<int>& arr, size_t start, size_t end, int& result) {result = 0;for (size_t i = start; i < end; ++i) {result += arr[i];}
}int main() {const int numThreads = 4; // 使用4個線程const int arrSize = 1000;std::vector<int> numbers(arrSize, 1); // 創(chuàng)建一個包含1000個1的數組std::vector<std::thread> threads(numThreads);std::vector<int> partialResults(numThreads);// 創(chuàng)建并啟動線程for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {size_t start = i * (arrSize / numThreads);size_t end = (i == numThreads - 1) ? arrSize : (i + 1) * (arrSize / numThreads);threads[i] = std::thread(partialSum, std::ref(numbers), start, end, std::ref(partialResults[i]));}// 等待所有線程完成for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {threads[i].join();}// 計算總和int totalSum = 0;for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {totalSum += partialResults[i];}std::cout << "Total Sum: " << totalSum << std::endl;return 0;
}

運行結果：