C++函数基础：定义与调用函数，参数传递（值传递、引用传递）详解

1. 引言

函数是C++编程中的核心概念之一，它允许我们将代码模块化，提高代码的可读性、复用性和可维护性。本文将深入探讨：

• 函数的定义与调用
• 参数传递方式（值传递 vs 引用传递）
• 应用场景与最佳实践

2. 函数的定义与调用

2.1 函数的基本结构

一个C++函数由以下部分组成：

返回类型 函数名(参数列表) {
    // 函数体
    return 返回值; // 如果返回类型不是 void
}

• 返回类型：可以是 int、double、string 等，如果函数不返回任何值，则用 void。
• 函数名：遵循标识符命名规则（字母、数字、下划线，不能以数字开头）。
• 参数列表：可以是零个或多个参数，用逗号分隔。
• 函数体：包含具体的执行逻辑。

示例：计算两个数的和

#include <iostream>
using namespace std;

// 函数定义
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int num1 = 5, num2 = 3;
    // 函数调用
    int result = add(num1, num2);
    cout << "5 + 3 = " << result << endl;
    return 0;
}

输出：

5 + 3 = 8

2.2 函数的声明与定义分离

在大型项目中，通常将函数声明放在头文件（.h），函数定义放在源文件（.cpp）。

示例：多文件组织

math_utils.h（声明）

#pragma once
int add(int a, int b); // 函数声明

math_utils.cpp（定义）

#include "math_utils.h"
int add(int a, int b) { // 函数定义
    return a + b;
}

main.cpp（调用）

#include <iostream>
#include "math_utils.h"
using namespace std;

int main() {
    cout << "5 + 3 = " << add(5, 3) << endl;
    return 0;
}

3. 参数传递方式

C++支持两种主要的参数传递方式：

1. 值传递（Pass by Value）
2. 引用传递（Pass by Reference）

3.1 值传递（Pass by Value）

• 特点：函数接收参数的副本，修改形参不影响实参。
• 适用场景：
  • 不需要修改原始数据
  • 传递小型数据（如 int、double）

示例：值传递

#include <iostream>
using namespace std;

void increment(int x) {
    x++; // 只修改局部副本
    cout << "函数内 x = " << x << endl;
}

int main() {
    int num = 5;
    increment(num);
    cout << "函数外 num = " << num << endl;
    return 0;
}

输出：

函数内 x = 6
函数外 num = 5  // 原始值未改变

3.2 引用传递（Pass by Reference）

• 特点：函数直接操作原始变量，修改形参会影响实参。
• 语法：在参数前加 &。
• 适用场景：
  • 需要修改原始数据
  • 传递大型数据结构（如 vector、class 对象）以避免拷贝开销

示例：引用传递

#include <iostream>
using namespace std;

void increment(int &x) { // 引用传递
    x++; // 直接修改原始变量
    cout << "函数内 x = " << x << endl;
}

int main() {
    int num = 5;
    increment(num);
    cout << "函数外 num = " << num << endl;
    return 0;
}

输出：

函数内 x = 6
函数外 num = 6  // 原始值被修改

3.3 常量引用（const Reference）

• 特点：避免不必要的拷贝，同时防止函数修改原始数据。
• 适用场景：
  • 传递只读的大型数据（如 string、vector）

示例：常量引用

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

void printString(const string &s) { // 常量引用
    cout << s << endl;
    // s[0] = 'A'; // 错误！不能修改 const 引用
}

int main() {
    string str = "Hello";
    printString(str);
    return 0;
}

4. 高级函数特性

4.1 默认参数

• 允许函数参数有默认值，调用时可省略。
• 规则：
  • 默认参数必须从右向左定义。
  • 通常在函数声明中指定默认值。

示例：默认参数

#include <iostream>
using namespace std;

void greet(string name, string prefix = "Hello") {
    cout << prefix << ", " << name << "!" << endl;
}

int main() {
    greet("Alice");       // 输出: Hello, Alice!
    greet("Bob", "Hi");   // 输出: Hi, Bob!
    return 0;
}

4.2 函数重载（Overloading）

• 允许同一作用域内定义多个同名函数，但参数列表不同。
• 适用场景：
  • 提供多种方式调用同一功能（如 print(int) 和 print(double)）

示例：函数重载

#include <iostream>
using namespace std;

void print(int x) {
    cout << "整数: " << x << endl;
}

void print(double x) {
    cout << "浮点数: " << x << endl;
}

int main() {
    print(5);      // 调用 print(int)
    print(3.14);   // 调用 print(double)
    return 0;
}

5. 参数传递方式对比

6. 最佳实践总结

1. 优先使用引用传递：

   • 对于大型数据（如 vector、自定义类），避免不必要的拷贝。
   • 如果不需要修改数据，用 const &。

2. 慎用全局变量：

   • 尽量通过参数传递数据，而非依赖全局变量。

3. 合理使用默认参数：

   • 简化函数调用，但避免过度使用导致代码难以理解。

4. 函数拆分原则：

   • 一个函数只做一件事（单一职责原则）。
   • 函数长度建议不超过一屏（约50行）。

5. 性能敏感场景：

   • 频繁调用的小函数可声明为 inline（由编译器决定是否内联展开）。

7. 结语

函数是C++程序的基本构建块，掌握其定义、调用和参数传递方式是成为合格开发者的关键。本文涵盖了：

• 函数的定义与调用
• 值传递与引用传递的区别
• 高级特性（默认参数、函数重载）
• 性能优化建议

实践建议：尝试编写一个计算器程序，使用函数封装加法、减法等操作，并比较值传递和引用传递的性能差异。