C++教學講義-第五次

TCIRC C++教學講義 === >[name=張皓凱、沈奕呈][time=Nov 12,2021] ###### tags:`tcirc` `社課` `C++` `台中一中電研社` --- 第五節社課 === [TOC] --- ## 電研講義都會公告在社網上 [社網：tcirc.tw](https://tcirc.tw/) [IG：tcirc_39th](https://www.instagram.com/tcirc_39th/) ![ig QRcode](https://i.imgur.com/4hyS6GM.png) [online judge：judge.tcirc.tw](https://judge.tcirc.tw/) --- ## 函式(function) 函式是執行某項作業的一段程式碼區塊，常用於需要大量在無法使用迴圈的地方重複使用某一段程式碼時。在我們之前的社課其實已經出現過各種不同的函式，例如：`.size()`、`.append()`、`getline()`。 ---- 函式(function)的概念類似於數學中的函數(function)，一樣都是有輸入、輸出，之中的運作也有一定的關係。 ![](https://i.imgur.com/Kz0CPhu.png) (圖片取自維基百科) --- ### 宣告 --- #### 方式定宣告的方式如下： ```cpp= 輸出值資料型態函式名稱(輸入值1資料型態輸入值1名稱, 輸入值2資料型態輸入值2名稱, ...){ return 回傳值; } ``` 輸入值(input，參數parameter)的部分可以有`0`到無限多個，而回傳值(盡量不要用輸出值因為容易跟`cout`搞混，output)只可以沒有或一個。如果沒有輸出值則「輸出值資料型態」的部分用`void`代替。(注意：`void`不是一種資料型態)。輸入值的變數寫在小括號中就是宣告，不需要在宣告函式前先宣告變數，而輸入值變數的有效範圍是整個函式。 ---- 直接看範例有回傳值： ```cpp= int add(int a, int b){ return a+b; } ``` 函式會在執行完`return`後直接停止。無回傳值： ```cpp= void printmessage(){//沒有輸入小括號還是要留著 cout << "I'm a function!"; } ``` --- #### 位置函式宣告的位置分成兩種：在`main()`前面、在`main()`後面，兩者沒有任何功能性上的差異，只是美觀而已。在`main()`之前的宣告方法與上面相同，之後的話只需要在`main()`前面加上這一行： ```cpp= 輸出值資料型態函式名稱(輸入值1資料型態輸入值1名稱, 輸入值2資料型態輸入值2名稱, ...) //必須與宣告函式的部分相同 ``` 這個動作稱之為prototype --- #### 呼叫使用函式的動作我們稱為呼叫，一個函式被呼叫後電腦會執行函式內的程式碼。呼叫方法如下： ```cpp= 函式名稱(輸入值1,輸入值2,...)//輸入值的數量需要與定義時的輸入值數量相同 ``` 如果是有回傳值的函式，可以將變數值設為函式的回傳值。 ---- ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int f(int a, int b){ return a*a+5*b+2; cout << a; } void g(int a,int b){ cout << "a=" << a << " " << "b=" << b << endl; } int main(){ int a=3,b=7; g(a,b); int c=f(a, b); cout << c; } ``` ``` /*---output a=3 b=7 46 ---------*/ ``` --- #### 預設值如果函式中有某個輸入值常常為同樣的值，我們可以在宣告函式時給予參數一個預設值，則在之後呼叫時就可以不用輸入該參數。但若要給定每一值則必須輸入以前的所有參數。 ---- ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int power(int a, int b=2){ int re=1; for(int i=0;i<b;i++){ re*=a; } return re; } int main(){ cout << power(3) << " " << power(2,3); } ``` ``` /*---output 9 8 ---------*/ ``` --- ### 陣列為參數若要讓一個函式的參數為陣列，在宣告時可不指定大小，若有指定大小，在輸入時也不必給一個相同大小的陣列。另外，在傳入時只需要輸入陣列名稱即可。 ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int countsum(int arr[], int n){ int sum=0; for(int i=0;i<n;i++){ sum+=arr[i]; } return sum; } int main(){ int arr[5]={2,5,9,7,3}; cout << countsum(arr,5); } //26 ``` --- ### main() `main()`其實也是一個函式，有沒有發現到沒有`main()`的回傳型態是`int`，但卻沒有`return`，那是因為`C++`會自動讓`main()`回傳0。 --- ## 遞迴當在一個函式中使用自己就稱為遞迴，遞迴最重要的就是設定停止條件(base case)，否則你會把你的電腦給炸了(其實不會，電腦會有一個最大遞迴上限，超過了會自動終止你的程式)。 ---- 一樣，直接看範例 ---- 沒有base case： ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int f(int a){ cout << a; return f(a); } int main(){ cout << f(4); cout << "end"; } ``` ---- 一個正確的遞迴(費波那契數)： ```cpp= #include <iostream> using namespace std; long long c=0; int fib(int a){ if(a==1||a==2){ return 1; } return fib(a-1)+fib(a-2); } int main(){ cout << fib(6); } //8 ``` --- ## 簡單練習題：(用遞迴做做看吧~) 1. 請做出階乘函式。 2. 請做出[阿克曼函式](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BF%E5%85%8B%E6%9B%BC%E5%87%BD%E6%95%B8)。 3. 請做出[最大公因數函式](https://judge.tcirc.tw/ShowProblem?problemid=b001)。 4. 請做出根號函式(精度~1e-6)。 --- ## struct 我們知道「相同型態的變數們」可以一格一格的放進「**陣列**」這個資料型態可是...有些情況是不能(或不適合)用陣列把多個變數綁在一起的 ---- 比如說...你沒辦法用一個 2*x 的陣列把不同資料型態的兩個變數綁在一起(例如: int+char) 或者...當兩種以上資料型態相同但「性質不同」的變數綁在一起時，這個情況也不適合用陣列當「複合型別的資料型態」(例如:xyz座標.身高+體重+視力) ---- 你說這些你都可以用(一或多個)一維或二維陣列解決!? 那你就用5*n的(或5個)陣列記錄每個人的身高.體重.視力.年齡.體指率阿😑😑 保證你被一堆索引或零散的陣列搞瘋(╯°□°）╯︵ ┻━┻ ---- ### struct 是一種複合型別 (derived data type)，在寫程式時可以大幅增加程式的結構與可讀性，減少冗餘，是個很棒的東西。簡單來說它是一種自創的資料型態(可以將相同或不同資料型態的變數綁在一起) 還可以將不直覺的索引編號用直覺的名字代替(如:x.y) ---- #### 宣告 - 用法: `struct 自訂資料型態{成員1;成員2;...函式1{ }...};` - 說明: -資料成員(data member):在某一個struct裡面宣告一些資料型態，而這些宣告的資料型態就是資料成員(類似於陣列中的索引) -成員函式(member function):可以想成放在某struct目錄內的函式 ---- - 寫法:等同於在struct區塊宣告變數和函式 - 注意:struct 要在大括號後加分號，函式不用 ```cpp= struct people{ int height,weight; double bmi; double get_bmi(){ return bmi=weight/(height*height/100.0/100);} }; ``` ---- #### 呼叫用法: 先宣告一個資料型態為【struct名稱】的變數，再利用 `變數名稱.某成員或函式` 呼叫該變數的指定成員或函式 ```cpp= int main() { people room[50]; while(cin>>n){ for(int i=0;i<n;i+=1){ cin>>room[i].height>>room[i].weight; cout<<room[i].get_bmi()<<' '; } } } ``` ---- ``` /*---input 5 160 45 180 70 173 75 164 55 158 63 ---------*/ ``` ``` /*---output 17.5781 21.6049 25.0593 20.4491 25.2363 ---------*/ ``` --- ## class class也是一種複合型別，而struct跟class是實現物件導向(Object Oriented Programming/OOP)的重要角色， - class和struct類似，但相較於struct，class多了存取標籤的功能，標籤可以拿來設定存取權限，避免因為撞名而誤用了class裡面的某些成員或函式 - 另外，我們可以用class自創標頭檔，自己寫一個好用的函式工具給其他程式使用 ---- ### 程式內如果class只是單支程式的一部分的話，它就是能分類成員存取權限的struct 權限分為public、private和protected(這個我們不討論) - public : 此成員或函式在class內、外都可以使用 - private : 只能在class內使用，或是透過public內的函數使用透過private可以把資料封在class內(封裝)，讓外界不要隨便存取class的資料 ---- #### 宣告 - 列出成員及函式，為了方便尋找成員和函式，先不寫函式內容，以求簡短 - class中需頻繁使用的變數通常設在private，因為可以設成簡短的變數，不怕和class外的變數重複 ```cpp= class division{ public: void set_a(int n);//set=賦值 void set_b(int n); int get_a();//get=取值 int get_b(); double do_div();//相除 private: double a; double b; }; ``` ---- #### 實作在class外寫函式的內容，記得在函式名稱前面加上所屬class的名稱，並接上 `::` ，不然會被認定為一般的function ```cpp= void division::set_a(int n){ a=double(n); } void division::set_b(int n){ b=double(n); } double division::get_a(){ return a; } double division::get_b(){ return b; } double division::do_div(){ return get_a()/get_b(); } ``` ---- #### 呼叫呼叫就跟struct的用法一樣啦-- 先宣告一個資料型態為【class名稱】的變數，再利用 `變數名稱.某成員或函式` 呼叫該變數的指定成員或函式 ```cpp= int main() { int x,y; while(cin>>x>>y){ division ans; ans.set_a(x); ans.set_b(y); cout<<ans.do_div()<<'\n'; } } ``` ---- ``` /*---input 180 70 164 55 158 63 ---------*/ ``` ``` /*---output 2.57143 2.98182 2.50794 ---------*/ ``` ---- ### .h 不常用的零件在程式內額外寫ok 但常用的零件如果每次要用的時候都得花時間寫一次，是不是很麻煩? 就像我們只需要知道電腦要怎麼用就好，不需要知道怎麼裝電腦，更不會在每次開電腦前，就組裝一次電腦我們可以自己寫一個工具箱，做成.h的標頭檔 ---- 實作方式就是-- - 1.宣告 => 將class宣告的部分存成一個.h檔 - 2.實作 => 將實作的部分存成一個同名的.cpp檔 - 3.呼叫 => 再開一個檔案寫你的程式，就可以使用你自製的標頭檔了 - 注意:2.3.的程式要引入第一個檔名做標頭檔，且此標頭檔要用雙引號括住而不是 `<>` 如:include"division4" ---- #### 範例檔案名稱:division4.h ```cpp= class division{ public: void set_a(int n);//set=賦值 void set_b(int n); int get_a();//get=取值 int get_b(); double do_div();//相除 private: double a; double b; }; ``` ---- 檔案名稱:division4.cpp ```cpp= include"division4" void division::set_a(int n){ a=double(n); } void division::set_b(int n){ b=double(n); } double division::get_a(){ return a; } double division::get_b(){ return b; } double division::do_div(){ return get_a()/get_b(); } ``` ---- 檔案名稱:main555.cpp ```cpp= include<iostream> incude"division4.h" using namespace std; int main() { int x,y; while(cin>>x>>y){ division ans; ans.set_a(x); ans.set_b(y); cout<<ans.do_div()<<'\n'; } } ``` ---- 最後在terminal同時編譯 division4.cpp main555.cpp 就可以了 ---- ### 建構子(constructor) 剛剛的例子中，每當我們需要將兩個數相除，就得在main裡面用兩個函式來初始化a、b的值，難道我們不能在宣告變數型態時就初始化兩數的值? 可以的，這個方法叫建構函式 ---- 建構函式就是寫個與 struct 或 class 同名的函式，在宣告變數的時候就能順便進行這個函式 ---- 建構函式: ```cpp= division::division(int n1,int n2){ set_a(n1); set_b(n2); } ``` 額外加上函式這個即可 ---- 呼叫: ```cpp= int main() { int x,y; while(cin>>x>>y){ division ans(x,y); cout<<ans.do_div()<<'\n'; } } ``` 少了兩行是不是簡潔許多阿 ---- #### 多載我們還可以根據輸入資料型態的不同，對應不同的建構函式，這個方法叫多載 --- 建構函式: ```cpp= division::division(int n1,int n2){ set_a(n1); set_b(n2); } division::division(int n1,double n2){ set_a(n1); set_b(n2); } division::division(double n1,int n2){ set_a(n1); set_b(n2); } division::division(double n1,double n2){ set_a(n1); set_b(n2); } ``` ---- 呼叫: ```cpp= int main() { division ans(7,2); division ans2(6.25,3.11); cout<<ans.do_div()<<'\n'; cout<<ans2.do_div()<<'\n'; } } ``` 這樣我們就不用限定輸入的資料型態必須是整數，才能使用這個函式了 ---- 我們能方便的呼叫的函式庫裡的函式，正是因為那些函式有經過「建構」與「多載」的處理😁。 --- ## 指標 ---- ![](https://i.imgur.com/kvFr4cZ.png) 在第三次社課時有出現過這張圖，當時是在講變數儲存的方法，而變數所處存的位置(地址)就稱作為指標，指標可以直接讀取記憶體，利用這個特性除了可以讓程式進行得更快速，還可以達成區塊外讀取或更改變數值。 ---- 想要取得一個變數的指標可以透過取址運算子(`&`)來達成，這裡與位元運算子的AND不同，AND是用來運算兩個數字，而取址運算子是加在變數前的。 ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int main(){ int a=7; cout << "a=" << a << "\na的位置：" << &a; } ``` ``` /*----output a=7 a的位置：0x61fe1c ----------*/ ``` 指標是由一串16進位的數字組成，這串數字所代表的就是記憶體的位置代碼，沒有其他意義。 --- ### 宣告指標變數可以透過指標變數來儲存一個變數的指標，宣告方法如下： ```cpp= 要儲存的變數資料型態 * 指標變數名稱 = &變數; int num = 100; int *ptr = &num; ``` 指標前的變數型態並不代表指標的變數型態，只是用與變數相同的資料型態會更方便識別。 --- ### 取值如果想要得知這個指標位置所存的資料值就需要用到取值運算子(`*`)，用法一樣是加在變數前。 ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int main(){ int a=7; int *ptr=&a; cout << *ptr; } //7 ``` 在宣告時的`*`與取值運算子是不一樣的，宣告時的`*`代表我要宣告的是一個指標變數，而取值運算子代表的是取得該記憶體位置的值。 ---- ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int main(){ int a=7; int *ptr=&a; cout << "The value of a is " << a << endl; cout << "The address of a is " << ptr << endl; cout << "The value in " << ptr << " is " << *ptr << endl; cout << "The address of ptr is " << &ptr << endl; } ``` ``` /*----------output The value of a is 7 The address of a is 0x61fe1c The value in 0x61fe1c is 7 The address of ptr is 0x61fe10 ----------------*/ ``` --- ### 陣列指標直接上範例，不然很難講 ```cpp= #include <iostream> using namespace std; int main(){ int arr[5]={10,15,20,25,30}; int *ptr=arr; for(int i=0;i<5;i++){ cout << arr[i] << " " << &arr[i] << " " << ptr+i << endl; } } ``` ``` /*---output---------- 10 0x61fdf0 0x61fdf0 15 0x61fdf4 0x61fdf4 20 0x61fdf8 0x61fdf8 25 0x61fdfc 0x61fdfc 30 0x61fe00 0x61fe00 --------------------*/ ``` 陣列的名稱本身就是一個指標，等於`&arr[0]`，且`&arr[i]`等同於`arr+i`。 --- ### 陣列函式因為C++無法直接寫出回傳值為陣列的函式，所以只能夠用指標來間接達成。 ```cpp= #include <iostream> using namespace std; for(int i=0;i<n;i++){ arr[i]*=arr[i]; } return arr; } int main(){ int arr1[5] = {3,6,7,9,12}; int *arr2 = square(arr1,5); for(int i=0;i<5;i++){ cout << arr2[i] << " "; } } ``` --- ## 練習題其實大部分的題目都可以用函式寫，很少有專門的題目練習。