找工作筆試面試那些事兒(2)---函式那些事
作者：寒小陽
時間：2013年8月。
出處：http://blog.csdn.net/han_xiaoyang/article/details/10539723。
宣告：版權所有，轉載請註明出處，謝謝。
六、函式那些事
函式是C++/C 程式的基本功能單元，當然是筆試面試重點考察內容。函式介面的兩個要素是引數和返回值。C 語言中，函式的引數和返回值的傳遞方式有兩種：值傳遞（pass by value）和指標傳遞（pass by pointer）。C++語言中多了引用傳遞（passby reference）。函式的設計必須兼顧功能正確和細節合理。這裡對函式的介面設計和內部實現提供了一些參考的規則，同時後面對指標傳遞和引用傳遞的差別進行了討論。
6.1 關於函式引數
函式在設計時其引數的設計有以下一些參考規則：
1）引數的書寫要完整，不要貪圖省事只寫引數的型別而省略引數名字。如果函式沒有引數，則用void填充。
例如：
void SetValue(int width, int height); // 良好的風格
void SetValue(int, int); // 不良的風格
float GetValue(void); // 良好的風格
float GetValue(); // 不良的風格
2）引數命名要恰當，順序要合理。
例如
void StringCopy(char *str1, char *str2);
就很難搞清楚究竟是把str1 拷貝到str2 中，還是剛好倒過來。
但是寫成：
void StringCopy(char *strDestination，char *strSource);
就明瞭多了。
3）如果引數是指標，且僅作輸入用，則應在型別前加cons t ，以防止該指標在函式體內被意外修改。
例如：
void StringCopy(char *strDestination，const char *strSource);
4）如果輸入引數以值傳遞的方式傳遞物件，則宜改用“cons t & ”方式來傳遞，這樣可以省去臨時物件的構造和析構過程，從而提高效率。
5）避免函式有太多的引數，引數個數儘量控制在5 個以內。如果引數太多，在使用時容易將引數型別或順序搞錯。
6）儘量不要使用型別和數目不確定的引數。
所以建議大家不要使用C中int printf(const chat *format[, argument] …)形式的定義。
6.2 關於函式返回值
1）不要省略返回值的型別。如果函式沒有返回值，那麼應宣告為void 型別。
2）函式名字與返回值型別在語義上不可衝突。
例如C中getchar原型是int getchar(void)，返回值是int 型別而不是char型別，但經常有人寫出如下程式碼：
char c;
c = getchar();
if (c == EOF)
…
3）不要將正常值和錯誤標誌混在一起返回。正常值用輸出引數獲得，而錯誤標誌用return 語句返回。
我們在實際工作中，為了避免出現誤解，我們應該將正常值和錯誤標誌分開。即：正常值用輸出引數獲得，而錯誤標誌用return 語句返回。例如上例中的getchar就是很好的例子。
4）有時候函式原本不需要返回值，但為了增加靈活性如支援鏈式表達，可以附加返回值。
例如字串拷貝函式strcpy 的原型：
char *strcpy(char *strDest ，const char *strSrc);
strcpy 函式將strSrc 拷貝至輸出引數strDest中，同時函式的返回值又是strDest。這樣做並非多此一舉，可以獲得如下靈活性：
char str[20];
int length = strlen( strcpy(str, “Hello World ”) );
5）如果函式的返回值是一個物件，有些場合用“引用傳遞”替換“值傳遞”可以提高效率。而有些場合只能用“值傳遞”而不能用“引用傳遞”，否則會出錯。這是一個筆試面試會遇到的知識點。具體舉例說來如下：
-
class String -
{ … -
// 賦值函式 -
String & operate=(const String &other); -
// 相加函式，如果沒有friend修飾則只許有一個右側引數 -
friend String operate+( const String &s1, const String &s2); -
private: -
char *m_data; -
}
String 的賦值函式operate = 的實現如下：
-
String & String::operate=(const String &other) -
{ -
if (this == &other) -
return *this; -
delete m_data; -
m_data = new char[strlen(other.data)+1]; -
strcpy(m_data, other.data); -
return *this; // 返回的是 *this的引用，無需拷貝過程 -
}
對於賦值函式，應當用“引用傳遞”的方式返回St r i n g 物件。如果用“值傳遞”的方式，雖然功能仍然正確，但由於return 語句要把 *this拷貝到儲存返回值的外部儲存單元之中，增加了不必要的開銷，降低了賦值函式的效率。例如：
-
String a,b,c; -
… -
a = b; // 如果用“值傳遞”，將產生一次 *this 拷貝 -
a = b = c; // 如果用“值傳遞”，將產生兩次 *this 拷貝
String 的相加函式operate + 的實現如下：
-
String operate+(const String &s1, const String &s2) -
{ -
String temp; -
delete temp.data; // temp.data 是僅含‘\0 ’的字串 -
temp.data = new char[strlen(s1.data) + strlen(s2.data) +1]; -
strcpy(temp.data, s1.data); -
strcat(temp.data, s2.data); -
return temp; -
}
對於相加函式，應當用“值傳遞”的方式返回St r i n g 物件。如果改用“引用傳遞”，那麼函式返回值是一個指向區域性物件te m p 的“引用”。由 於te m p 在函式結束時被自動銷燬，將導致返回的“引用”無效。例如：
c = a + b;
此時 a + b 並不返回期望值，c 什麼也得不到，流下了隱患。
6.3 關於函式內部實現
事實上，因為函式的功能不同，其內部實現一定是不同的，也無法指定一個統一的標準。這裡所謂的內部實現的原則，主要是指的我們可以在函式體的“入口處”和“出口處”嚴格規範，提高函式的質量。
1）在函式體的“入口處”，對引數的有效性進行檢查。我們應該充分理解並正確使用“斷言”（assert）來防止非法輸入引數。關於斷言，後面會單獨拿出一小節來說。
2）在函式體的“出口處”，對return 語句的正確性和效率進行檢查。
出口處的return語句很容易導致函數出錯或者效率低下。有以下幾個注意點：
1.return 語句不可返回指向“棧記憶體”的“指標”或者“引用”，因為該記憶體在函式體結束時被自動銷燬。例：
-
char * Func(void) -
{ -
char str[] = “ hello world ” ; // str 的記憶體位於棧上 -
… -
return str; // 將導致錯誤 -
}
2.要搞清楚返回的究竟是“值”、“指標”還是“引用”。
3.如果函式返回值是一個物件，要考慮 return 語句的效率。例如：
return String(s1 + s2);
這是臨時物件的語法，表示“建立一個臨時物件並返回它”。不要以為它與“先創 建一個區域性物件tem p 並返回它的結果”是等價的，如
String temp(s1 + s2);
return temp;
實質不然，上述程式碼將發生三件事。首先，temp物件被建立，同時完成初始化； 然後拷貝建構函式把te mp拷貝到儲存返回值的外部儲存單元中；最後，te m p 在 函式結束時被銷燬（呼叫解構函式）。然而“建立一個臨時物件並返回它”的過程 是不同的，編譯器直接把臨時物件建立並初始化在外部儲存單元中，省去了拷貝和 析構的化費，提高了效率。
類似地，我們不要將
return int(x + y); // 建立一個臨時變數並返回它
寫成
int temp = x + y;
return temp;
由於內部資料型別如int , float,double 的變數不存在建構函式與解構函式，雖然該 “臨時變數的語法”不會提高多少效率，但是程式更加簡潔易讀。
6.4 其他關於函式的建議
1）函式的功能要單一，不要設計多用途的函式。
2）儘量避免函式帶有“記憶”功能。相同的輸入應當產生相同的輸出。再通俗一點說，儘量少使用static變數。
3）僅要檢查輸入引數的有效性，還要檢查通過其它途徑進入函式體內的變數的有效性，例如全域性變數、檔案控制代碼等。
4）用於出錯處理的返回值一定要清楚，讓使用者不容易忽視或誤解錯誤情況。
6.5 關於斷言
前面提到了在函式的入口處，要使用斷言判斷輸入引數的合法性，那這裡專門拿出一節來談談斷言。斷言assert 是僅在Debug 版本起作用的巨集，它用於檢查“不應該”發生的情況。在執行過程中，如果assert 的引數為假，那麼程式就會中止（一般地還會出現提示對話，說明在什麼地方引發了assert）。
assert 不是一個倉促拼湊起來的巨集。為了不在程式的Debug 版本和Rele as e 版本引起差別，assert 不應該產生任何副作用。所以assert 不是函式，而是巨集。程式設計師可以把assert看成一個在任何系統狀態下都可以安全使用的無害測試手段。如果程式在asse rt 處終止了，並不是說含有該assert 的函式有錯誤，而是呼叫者出了差錯，assert 可以幫助我們找到發生錯誤的原因。
關於斷言，也有以下一些建議：
1）使用斷言捕捉不應該發生的非法情況。不要混淆非法情況與錯誤情況之間的區別，後者是必然存在的並且是一定要作出處理的。
2）在函式的入口處，使用斷言檢查引數的有效性（合法性）。
3）在編寫函式時，要進行反覆的考查，並且自問：“我打算做哪些假定？”一旦確定了的假定，就要使用斷言對假定進行檢查。
4）一般教科書都鼓勵程式設計師們進行防錯設計，但要記住這種程式設計風格可能會隱瞞錯誤。當進行防錯設計時，如果“不可能發生”的事情的確發生了，則要使用斷言進行報警。
6.5 關於引用和指標
這個絕對是筆試面試愛考察的重點之一。尤其是應聘C++的職位，多少會被問到這個問題。引用是C++ 中的概念，初學者容易把引用和指標混淆一起。例如定義n 為m 的一個引用（reference）。
int m;
int &n = m;
n 相當於m 的別名（綽號），對 n 的任何操作就是對m 的操作。所以n 既不是m 的拷貝，也不是指向m 的指標，其實n 就是m 它自己。
關於引用有一些非常重要的規則，如下：
1）引用被建立的同時必須被初始化（指標則可以在任何時候被初始化）。
2）不能有NULL引用，引用必須與合法的儲存單元關聯（指標則可以是NULL）。
3）一旦引用被初始化，就不能改變引用的關係（指標則可以隨時改變所指的物件）。
C++ 語言中，函式的引數和返回值的傳遞方式有三種：值傳遞、指標傳遞和引用傳遞。這裡再提一下這三種方式吧。
下面是“值傳遞”的一個例子，由於Func1函式體內的x 是外部變數n 的一份拷貝，改變x 的值不會影響n, 所以n的值仍然是0。
-
void Func1(int x) -
{ -
x = x + 10; -
} -
… -
int n = 0; -
Func1(n); -
cout << “n = ” << n << endl; // n = 0
以下是“指標傳遞”的一個例子。由於Func2函式體內的x 是指向外部變數n 的指標，改變該指標的內容將導致n 的值改變，所以n 的值成為10。
-
void Func2(int *x) -
{ -
(* x) = (* x) + 10; -
} -
… -
int n = 0; -
Func2(&n); -
cout << “n = ” << n << endl; // n = 10
以下是“引用傳遞”的示例程式。由於Func3函式體內的x 是外部變數n 的引用，x和n 是同一個東西，改變x 等於改變n ，所以n 的值成為10。
-
void Func3(int &x) -
{ -
x = x + 10; -
} -
… -
int n = 0; -
Func3(n); -
cout << “n = ” << n << endl; // n = 10
在上述例子中，你可能會產生一種感覺，“引用”可以做的任何事情“指標”也都能夠做，為什麼還要“引用”這東西？
答案是“用適當的工具做恰如其分的工作”。
指標能夠毫無約束地操作記憶體中的如何東西，儘管指標功能強大，但是非常危險。就象一把刀，它可以用來砍樹、裁紙、修指甲、理髮等等，誰敢這樣用？ 如果的確只需要借用一下某個物件的“別名”，那麼就用“引用”，而不要用“指標”，以免發生意外。比如說，人需要一份證明，本來在檔案上蓋上公章的印子就行了，如果把取公章的鑰匙交給他，那麼他就獲得了不該有的權利。
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