Lesson 7：函数

为什么函数首先是一份契约

函数把一段计算命名，使调用者不必知道每条内部语句。但“减少重复”只是表面收益；更重要的是建立边界：调用者提供什么输入、哪些输入合法、函数返回什么、会不会修改外部状态、失败如何表达。边界越清楚，内部实现越能独立修改和测试。

double rectangleArea(double width, double height) {
    return width * height;
}

这份接口接收两个 double，返回一个 double，没有显式外部副作用。还应写清前置条件，例如宽高不得为负；否则类型允许的值域大于业务允许域。

声明、定义与调用必须一致

函数声明让编译器在调用点知道名字、返回类型和参数类型；定义提供函数体；调用传入实参并把控制权交给函数。声明末尾有分号，定义后跟函数体。

double rectangleArea(double width, double height); // 声明
 
int main() {
    double area = rectangleArea(3.0, 4.0);          // 调用
}
 
double rectangleArea(double width, double height) { // 定义
    return width * height;
}

没有可见声明时，编译器无法检查调用；有声明却没有任何匹配定义时，单个源文件可能编译成功，但链接器报告未定义符号。若声明参数是 int、定义参数是 double，它们是不同签名，不会自动配对。

形参与实参通过调用建立映射

定义中的 width、height 是形参，调用中的 3.0、4.0 是实参。按值参数在调用时用实参值初始化独立局部对象，函数内修改形参不会改变调用者变量。

void addOne(int value) {
    ++value;
}
 
int count = 4;
addOne(count); // count 仍为 4

按值传递适合小型值和函数需要独立副本的情况。它不是“传入原变量再自动恢复”，而是从一开始就有两个对象。

引用参数表达借用与可写权限

引用形参直接绑定调用者对象。const T& 表示借用但不通过该参数修改，T& 表示函数可能写回。对于大型对象，const 引用可避免复制；对于输出参数，可写引用必须在名字和文档中明确。

void normalizeScore(int& score) {
    if (score < 0) score = 0;
    if (score > 100) score = 100;
}
 
void printName(const std::string& name) {
    std::cout << name << '\n';
}

引用不是“更快的默认写法”。小型 int 按值更清楚，且不会让函数暗中修改调用者。只有接口语义需要共享身份或避免大对象复制时，才选择引用，并用 const 表达只读。

返回值把结果交还调用者

return expression; 结束当前函数并产生结果，返回表达式必须能转换为声明返回类型。void 函数不产生普通返回值，可写 return; 提前结束。所有可能到达末尾的非 void 路径都应返回值。

int absolute(int value) {
    if (value >= 0) {
        return value;
    }
    return -value;
}

不要返回局部变量的引用或指针：函数结束后局部对象生命周期终止，调用者得到悬空访问。返回普通值通常最安全，编译器可以通过返回值优化消除多余复制。

局部作用域隔离每次调用

参数和函数体内变量只在该次调用的局部作用域中存在。递归或多次调用会各自拥有独立局部状态；static 局部变量例外，它跨调用保留状态，因此会改变测试隔离、线程安全和重入性质。

函数应尽量通过参数接收依赖、通过返回值交出结果。过度依赖全局或 static 状态，会让相同输入产生不同输出，调用顺序成为隐藏条件。

默认实参只补调用点省略项

默认实参允许调用者省略尾部参数，编译器在调用点补上默认表达式。它适合有稳定常用值的配置，不适合隐藏重要业务选择。

void printLine(char fill = '-', int width = 40);
 
printLine();
printLine('=');
printLine('*', 10);

默认值通常放在头文件声明中，保证调用者看到同一契约；同一作用域不要重复指定。带默认值的参数之后也必须有默认值，否则无法按位置判断省略哪项。

重载用同名表达同一概念的多种签名

函数重载允许同一作用域中使用相同名字、不同参数列表。编译器根据实参数量、类型和所需转换选择最佳可行候选；返回类型不同不能单独构成重载，因为调用时常没有足够信息按返回类型选择。

int maxValue(int a, int b);
double maxValue(double a, double b);

若调用 maxValue(1, 2.0)，一个候选要转换第二项，另一个要转换第一项，可能没有唯一最佳选择。重载集合应让常见调用自然命中；默认实参与重载混用还可能产生“两个候选都可用”的二义性。

三步验证函数边界

小结

• 函数是输入、前置条件、结果、副作用和失败策略组成的契约，不只是代码复用块
• 声明提供接口可见性，定义提供实现，调用按签名连接；声明存在不代表链接时一定有定义
• 按值形参是独立对象，const 引用只读借用，可写引用明确允许修改调用者
• 非 void 函数所有可达路径都应返回，不能返回已结束生命周期的局部引用
• 默认实参在调用点补省略值，重载按实参匹配选择候选；二者混用要防二义性

名词解释