函数

函数的声明

• 函数的声明是为了告诉编译器如何调用这个函数，形式如下：

  返回值类型 函数名(参数1类型 参数1, 参数2类型 参数2, ..., 参数n类型 参数n);
  

  • 返回值类型：一个函数可以返回一个值，返回值类型是函数返回的值的数据类型。
    • 有些函数执行所需的操作而不返回任何值，此时的返回值类型是void
  • 函数名：这是函数的实际名称
    • 一般会按照函数功能取名
  • 参数：声明时的参数称为形式参数，类似于占位符
    • 参数是可选的，函数可能不包含参数，也可以包含很多个参数
    • 在函数被调用之前，我们并不知道形式参数的值是什么

函数的定义

• C++中定义函数时，需要在声明的基础上写好函数体，函数定义的形式如下：

返回值类型 函数名(参数1类型 参数1, 参数2类型 参数2, ..., 参数n类型 参数n) {
    函数体
}

函数的调用

• C++中，定义了函数之后，函数里面的代码是不会执行的，只有调用了这个函数，才会去执行函数中的代码。
  • 当函数被调用时，我们向参数传递一个值，这个值被称为**实际参数*。

Tips：如果我们函数的定义在调用前进行的话，也可以省略函数的声明这一步。

举例：调用MyMax函数，返回两个整型数中更大的一个数。

#include <iostream>
using namespace std;

// 定义这个函数，在调用前就定义了，所以可以省略声明
int MyMax(int a, int b) {
    int max_num;
    if (a > b)
        max_num = a;
    else
        max_num = b;
    return max_num;
}

int main() {
    int num1 = 30;
    int num2 = 50;
    // 变量 num3 表示这两个数字中更大的值
    int num3;
    
    // 调用
    num3 = MyMax(num1, num2);
    
    cout << num3 << endl;
    return 0;
}

以上代码以main()函数为入口开始执行，运行到 MyMax(num1, num2) 时会调用MyMax函数。过程如下：

• num1和num2作为实际参数传递给MyMax函数
  • 其中，num1（30）传给形参a，num2（50）传给形参b
• 进入到MyMax函数中执行代码
  • 变量max_num是在函数体中声明的，称为局部变量，只有在这个函数里能访问到这个变量 Tips：如果把max_num声明在函数外，就是一个全局变量，所有函数，包括main()函数都可以访问。
• 返回一个整型数max_num（50），并离开MyMax函数回到main()函数
  • MyMax(num1, num2)的计算结果为50，返回的结果将被赋值给num3

参数传递: 传值和引用

调用函数时，参数的传递一般分为传值传递和引用传递

• 传值传递
  • 把参数的实际值赋值给函数的形式参数
  • 修改函数内的形式参数对实际参数没有影响
• 引用传递
  • 该方法把参数的引用赋值给形式参数
  • 函数内通过会引用访问实际参数，若进行修改会改变实际参数的值

#include <iostream>
using namespace std;

// 传值传递
void swap1(int x, int y) {
    cout << "传值传递：" << endl;
    cout << "交换前，x 的值：" << x << endl;
    cout << "交换前，y 的值：" << y << endl;
    
    int temp;
    temp = x; /* 保存 x 的值 */
    x = y;    /* 把 y 赋值给 x */
    y = temp; /* 把 x 赋值给 y */

    cout << "交换后，x 的值：" << x << endl;
    cout << "交换后，y 的值：" << y << endl;

    return;
}

// 引用传递
void swap2(int &x, int &y) {
    cout << "引用传递：" << endl;
    cout << "交换前，x 的值：" << x << endl;
    cout << "交换前，y 的值：" << y << endl;

    int temp;
    temp = x; /* 保存地址 x 的值 */
    x = y;    /* 把地址 y 的值赋值给地址 x */
    y = temp; /* 把地址 x 的值赋值给地址 y  */

    cout << "交换后，x 的值：" << x << endl;
    cout << "交换后，y 的值：" << y << endl;
  
    return;
}

int main () {
    // 局部变量声明
    int a = 100;
    int b = 200;

    cout << "交换前，a 的值：" << a << endl;
    cout << "交换前，b 的值：" << b << endl;

    // 调用传值传递的函数来交换值
    swap1(a, b);

    cout << "传值传递交换后，a 的值：" << a << endl;
    cout << "传值传递交换后，b 的值：" << b << endl;

    // 调用引用传递的函数来交换值
    swap2(a, b);

    cout << "引用传递交换后，a 的值：" << a << endl;
    cout << "引用传递交换后，b 的值：" << b << endl;

    return 0;
}
//交换前，a 的值：100
//交换前，b 的值：200
//传值传递：
//交换前，x 的值：100
//交换前，y 的值：200
//交换后，x 的值：200
//交换后，y 的值：100
//传值传递交换后，a 的值：100
//传值传递交换后，b 的值：200
//引用传递：
//交换前，x 的值：100
//交换前，y 的值：200
//交换后，x 的值：200
//交换后，y 的值：100
//引用传递交换后，a 的值：200
//引用传递交换后，b 的值：100

参数传递: 数组参数

• 数组名表示的是数组的地址，所以这时候我们传递的参数实际上是数组的地址。
  • 在函数中修改数组里的某一个值，会在内存中直接修改这个数组。

#include <iostream>
using namespace std;

// TODO 补充第一个参数：整型数组a
int MyMax(int a[], int len) {
    int max_num = 0;
    for (int i=0; i<len; i++) {
        if (a[i] > max_num)
            max_num = a[i];
    }
    return max_num;
}

int main() {
    int nums[10] = {3, 2, 1, 1, 2, 3, 3, 2, 1, 0};
    cout << MyMax(nums, 10) << endl;
    return 0;
}
//3

参数传递：参数默认值

• 函数定义时，我们可以给函数的参数设置默认值
  • 这样我们调用函数时，可以选择不传递参数，选择默认的参数。

举例：比较两个数大小返回最大值的函数，我们可以把形式参数b的默认值设置为100。

设置参数默认值的程序段

// 定义这个函数，在调用前就定义了，所以可以省略声明
int MyMax(int a, int b = 100) {
    int max_num;
    if (a>b)
        max_num = a;
    else
        max_num = b;
    return max_num;
}

• 在调用函数时，如果只传递一个参数a，比如MyMax(30)，函数就会默认b的值为100，效果等同于MyMax(30, 100)。
• 如果调用函数时，还是传递了两个参数，比如MyMax(30, 80)，那么就不使用b的默认值。

Tips：若给某一参数设置了默认值，那么在参数列表中，位于该参数之后的所有参数都必须也设置默认值。

递归函数

递归函数的两个基本要素

• 递归函数的写法有两个基本要素:

  • 递归关系

    • 问题规模为n时与问题规模为n-1时之间的转换关系
    • 计算某个数字的阶乘，递归的关系就是：数字n的阶乘 = 数字n * 数字n-1的阶乘
    • 这个函数可以写成： 递归关系的程序段

    int factorial(int n) {
        return n * factorial(n-1);
    }
    

    Tips：只知道递归关系是不够的，比如上面这个函数，就会无休止的一直套娃套下去，没有尽头。

  • 递归的终止条件

    • 递归关系需要有一个递归终止的条件。
    • 在计算阶乘中，递归终止的条件是计算到数字1的阶乘的时候，函数可以直接返回数字1的阶乘就是1
    • 补充上这个条件： 递归终止条件的程序段

    int factorial(int n) {
        if (n == 1)
            return 1;
        else
            return n * factorial(n-1);
    }
    

    Tips：更严谨的，我们可以在n小于1的时候，输出错误操作。

🌰

汉诺塔
左到右有A、B、C三根柱子，其中A柱子上面有从小叠到大的n个圆盘，现要求将A柱子上的圆盘移到C柱子上去，期间需要遵循以下原则：

一次只能移到一个盘子且大盘子不能在小盘子上面，求移动的步骤。若将A最上面的盘子移动到B上，则可表示为 "A -> B"。

输入描述：

一行，一个整数n (n <= 20)。

输出描述：

若干行，每行代表一次操作。

比如：

A -> B

示例 1：
输入：
2
输出：
A -> B
A -> C
B -> C

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std; 

void hanoi(int N, char source, char relay, char destination){
    if(N==1)
        cout << source << " -> " << destination << endl;
    else{
        hanoi(N-1, source, destination, relay);
        cout << source << " -> " << destination << endl;
        hanoi(N-1,relay,source,destination);
    }
}
int main() {
    // 请补全代码，实现题目功能
    int n;
    cin >> n;
    hanoi(n,'A','B','C');
    return 0;
}

结构体

结构体的定义

• 结构体有很多个不同类型的变量，用于表示这个结构体的属性，称之为结构体的成员变量。
• 在使用结构体之前，我们需要在代码中定义结构体，定义方式如下：

struct 结构体名称 {
    数据类型1 变量名1;
    数据类型2 变量名2, 变量名3;
    ...
    数据类型n 变量名m;
};

定义结构体时需要注意：

• 使用struct关键字
• 每个结构体都有自己的名称
  • 例如储存学生信息的结构体可以命名为Student。
• 在结构体内部声明成员变量
  • 例如学生的姓名、学号、出生年份等信息
• 注意大括号后面需要有分号

举例：定义学生信息的结构体：

学生信息结构体的代码段

struct Student{    
    int number, birth_year;
    string name;
};

结构体变量声明

• 定义结构体之后，我们就可以声明结构体类型的变量，作为结构体的实例。

Tips：声明结构体变量的方式和声明普通变量是一样的，在声明结构体变量的时候，系统就会为它们在内存上分配空间了。

举例：声明Student结构体的实例

• 声明结构体变量，每个变量都包含具有相同名称的成员变量。

声明结构体变量的程序段

struct Student{    
    int number, birth_year;
    string name;
};

// 声明三个学生
Student zhang_san, li_si, wang_mazi;

• 另外，我们也可以声明结构体变量的数组，以保存500个学生的信息。

声明结构体变量数组的程序段

// 声明一个学生数组，数组长度为500，可以保存500个学生的信息
Student students[500];

另一种声明结构体变量的方式是：直接在定义结构体时，声明结构体变量。

定义时声明结构体变量的程序段

struct Student{    
    int number, birth_year;
    string name;
} zhang_san, li_si, wang_mazi;

struct Student{    
    int number, birth_year;
    string name;
} students[500];

初始化结构体

• 对于结构体变量，可以通过两种方式初始化它：使用初始化列表或构造函数。
• 使用初始化列表和数组的初始化类似，会根据给出的元素依次初始化结构体中的每个成员
  • 如果给出的元素小于成员数量，排在后面的就会保持没有被初始化

使用初始化列表的程序段

struct Student{    
    int number, birth_year;
    string name;
};

// 初始化一个学号为1，2000年出生，名叫 ZhangSan的学生
Student zhang_san = {1, 2000, "ZhangSan"};

Tips：使用初始化列表会有一些问题：比如，如果有某个成员未被初始化，那么在这种情况下，跟随在该成员后面的成员都不能初始化。

• 采用构造函数初始化，可以在创建一个结构体变量而不向其传递某些成员变量的值时，提供默认值
  • 可以先在结构体内部完成一个构造函数，再调用这个构造函数来初始化结构体变量

结构体成员访问

• 要访问某一个结构体变量的某个成员，可以使用结构体变量名.结构体成员变量名的方式访问

结构体作为函数参数

结构体变量也可以通过传值传递和引用传递给函数。

• 传值传递意味着需要生成整个原始结构的副本并传递给函数。

Tips：因为不希望浪费时间和空间来复制整个结构体，所以传值传递一般在结构很小时采用。

• 引用传递意味着函数可以访问原始结构的成员变量，从而可能更改它们
  • 如果不想让函数更改任何成员变量值，那么可以将结构体变量作为一个常量引用传递给函数
  • 常量引用传递需要在参数类型前加上const关键字。

举例：展示学生信息

展示学生信息的程序段

// 定义函数
void showStudent(const Student &student_info) {
    cout << "Student Number : " << student_info.number << endl;
    cout << "Name : " << student_info.name << endl;
    cout << "Birth Year : " << student_info.birth_year << endl;
}

// 调用函数
showStudent(zhang_san);

🌰

年龄最大学员
输入n个学生的信息，包括姓名、性别、年龄，再输出其中年龄最大的学生的信息。（保证最大年龄不重复）

1 <= n <= 10

姓名长度小于等于20

性别为M或F

输入描述：

第一行一个整数n

接下来n行，依次是学生的姓名、性别、年龄。

输出描述：

一行，依次是姓名、性别、年龄，中间用空格隔开。

示例 1：
输入：
2
Kal'tsit F 1000
Amiya F 14
输出：
Kal'tsit F 1000

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

struct Student {
    string name;
    char gender;
    int age;
};

int main() {
    int num, max_age, max_age_idx;
    cin >> num;
    
    string n;
    char g;
    int a;
    
    Student students[11];
    for (int i=0; i<num; i++) {
        cin >> n >> g >> a;
        students[i] = {n, g, a};
    }
    
    max_age = 0;
    max_age_idx = 0;
    for (int i=0; i<num; i++) {
        if (students[i].age > max_age) {
            max_age = students[i].age;
            max_age_idx = i;
        }
    }
    cout << students[max_age_idx].name << " " << students[max_age_idx].gender << " " << students[max_age_idx].age;
    
    return 0;
}