2.2 — 函数返回值（值返回函数）

考虑以下程序

#include <iostream>

int main()
{
	// get a value from the user
	std::cout << "Enter an integer: ";
	int num{};
	std::cin >> num;

	// print the value doubled
	std::cout << num << " doubled is: " << num * 2 << '\n';

	return 0;
}

该程序由两个概念部分组成：首先，我们从用户那里获取一个值。然后我们告诉用户该值的两倍是多少。

尽管这个程序非常简单，我们不需要将其拆分成多个函数，但如果我们想这样做呢？从用户那里获取整数值是一个定义明确的任务，我们希望程序能够完成，因此它将成为一个很好的函数候选。

那么我们来编写一个程序来实现它

// This program doesn't work
#include <iostream>

void getValueFromUser()
{
 	std::cout << "Enter an integer: ";
	int input{};
	std::cin >> input;  
}

int main()
{
	getValueFromUser(); // Ask user for input

	int num{}; // How do we get the value from getValueFromUser() and use it to initialize this variable?

	std::cout << num << " doubled is: " << num * 2 << '\n';

	return 0;
}

虽然这个程序是一个很好的尝试，但它并不完全奏效。

当函数 getValueFromUser 被调用时，用户被要求输入一个整数，正如预期。但当 getValueFromUser 终止并将控制权返回给 main 时，用户输入的值就丢失了。变量 num 从未用用户输入的值进行初始化，因此程序总是打印答案 0。

我们缺少的是一种方法，让 getValueFromUser 将用户输入的值返回给 main，以便 main 可以使用该数据。

返回值

当您编写用户定义函数时，您可以决定您的函数是否将值返回给调用者。要将值返回给调用者，需要两件事。

首先，您的函数必须指明将返回的值的类型。这是通过设置函数的**返回类型**来完成的，返回类型是在函数名称之前定义的类型。在上面的示例中，函数 getValueFromUser 的返回类型是 void（表示不会向调用者返回任何值），函数 main 的返回类型是 int（表示将向调用者返回 int 类型的值）。请注意，这并不决定返回的具体值——它只决定将返回**什么类型**的值。

其次，在将返回值的函数内部，我们使用**返回语句**来指示返回给调用者的特定值。返回语句由 return 关键字后跟一个表达式（有时称为**返回表达式**）组成，以分号结尾。

当返回语句执行时

• 返回表达式被求值以生成一个值。
• 返回表达式生成的值被复制回调用者。此副本称为函数的**返回值**。
• 函数退出，控制权返回给调用者。

将复制的值返回给调用者的过程称为**按值返回**。

值返回函数每次被调用时都会返回一个值。

让我们看一个返回整数值的简单函数，以及一个调用它的示例程序

#include <iostream>

// int is the return type
// A return type of int means the function will return some integer value to the caller (the specific value is not specified here)
int returnFive()
{
    // the return statement provides the value that will be returned
    return 5; // return the value 5 back to the caller
}

int main()
{
    std::cout << returnFive() << '\n'; // prints 5
    std::cout << returnFive() + 2 << '\n'; // prints 7

    returnFive(); // okay: the value 5 is returned, but is ignored since main() doesn't do anything with it

    return 0;
}

运行时，此程序打印

5
7

执行从 main 的顶部开始。在第一个语句中，函数调用 returnFive() 被求值，这导致函数 returnFive() 被调用。返回表达式 5 被求值以产生值 5，该值被返回给调用者并通过 std::cout 打印到控制台。

在第二个函数调用中，函数调用 returnFive 被求值，这导致函数 returnFive 再次被调用。函数 returnFive 将值 5 返回给调用者。表达式 5 + 2 被求值以产生结果 7，然后通过 std::cout 打印到控制台。

在第三个语句中，函数 returnFive 再次被调用，导致值 5 返回给调用者。但是，函数 main 没有对返回值进行任何操作，因此没有发生任何事情（返回值被忽略）。

注意：除非调用者通过 std::cout 将返回值发送到控制台，否则返回值将不会被打印。在上面的最后一种情况中，返回值没有发送到 std::cout，因此没有打印任何内容。

修复我们的挑战程序

考虑到这一点，我们可以修复本课开头介绍的程序

#include <iostream>

int getValueFromUser() // this function now returns an integer value
{
 	std::cout << "Enter an integer: ";
	int input{};
	std::cin >> input;  

	return input; // return the value the user entered back to the caller
}

int main()
{
	int num { getValueFromUser() }; // initialize num with the return value of getValueFromUser()

	std::cout << num << " doubled is: " << num * 2 << '\n';

	return 0;
}

当这个程序执行时，main 中的第一个语句将创建一个名为 num 的 int 变量。当程序初始化 num 时，它将看到有一个函数调用 getValueFromUser()，因此它将执行该函数。函数 getValueFromUser 要求用户输入一个值，然后将该值返回给调用者（main()）。这个返回值用作变量 num 的初始值。然后 num 可以在 main() 中根据需要多次使用。

自行编译此程序并运行几次，以证明它有效。

重新审视 main()

您现在拥有理解 main() 函数实际工作方式的概念工具。当程序执行时，操作系统会调用 main() 函数。执行然后跳到 main() 的顶部。main() 中的语句按顺序执行。最后，main() 返回一个整数值（通常为 0），然后您的程序终止。

在 C++ 中，对 main() 有两个特殊要求

• main() 必须返回一个 int。
• 禁止显式调用 main()。

void foo()
{
    main(); // Compile error: main not allowed to be called explicitly
}

void main() // Compile error: main not allowed to have non-int return type
{
    foo();
}

目前，您还应该将 main() 函数定义在代码文件的底部，其他函数之下，并避免显式调用它。

状态码

您可能想知道为什么我们从 main() 返回 0，以及何时我们可能返回其他值。

main() 的返回值有时称为**状态码**（或不常见地称为**退出码**，或很少称为**返回码**）。状态码用于表示您的程序是否成功。

按照约定，状态码 0 表示程序正常运行（表示程序已执行并按预期运行）。

非零状态码通常用于表示某种类型的故障（虽然这在大多数操作系统上运行良好，但严格来说，它不保证可移植）。

#include <cstdlib> // for EXIT_SUCCESS and EXIT_FAILURE

int main()
{
    return EXIT_SUCCESS;
}

一个不返回值的有返回值函数将产生未定义行为

返回值的函数称为**值返回函数**。如果返回类型不是 void，则函数是值返回函数。

值返回函数*必须*返回该类型的值（使用返回语句），否则将导致未定义行为。

这是一个产生未定义行为的函数示例

#include <iostream>

int getValueFromUserUB() // this function returns an integer value
{
 	std::cout << "Enter an integer: ";
	int input{};
	std::cin >> input;

	// note: no return statement
}

int main()
{
	int num { getValueFromUserUB() }; // initialize num with the return value of getValueFromUserUB()

	std::cout << num << " doubled is: " << num * 2 << '\n';

	return 0;
}

现代编译器应该生成一个警告，因为 getValueFromUserUB 被定义为返回一个 int 但没有提供返回语句。运行这样的程序将产生未定义行为，因为 getValueFromUserUB() 是一个值返回函数，但它不返回值。

在大多数情况下，编译器会检测您是否忘记返回值。但是，在某些复杂的情况下，编译器可能无法正确确定您的函数是否在所有情况下都返回值，因此您不应依赖此功能。

如果未提供返回语句，函数 main 将隐式返回 0

值返回函数必须通过返回语句返回值这一规则的唯一例外是 main() 函数。如果未提供返回语句，main() 函数将隐式返回值 0。话虽如此，最好显式地从 main 返回一个值，既是为了表明您的意图，也是为了与其他函数保持一致性（如果未指定返回值，它们将表现出未定义行为）。

函数只能返回单个值

值返回函数每次被调用时只能向调用者返回一个值。

请注意，返回语句中提供的值不需要是字面值——它可以是任何有效表达式的结果，包括变量，甚至是对另一个返回值的函数的调用。在上面的 getValueFromUser() 示例中，我们返回了一个变量 input，它保存了用户输入的值。

有各种方法可以解决函数只能返回单个值的限制，我们将在未来的课程中介绍这些方法。

函数作者可以决定返回值的含义

函数返回值的含义由函数作者决定。一些函数使用返回值作为状态码，以指示它们是否成功或失败。其他函数返回一个计算或选定的值。其他函数不返回任何内容（我们将在下一课中看到这些示例）。

由于这里可能性繁多，因此最好用注释来记录您的函数，说明返回值的含义。例如

// Function asks user to enter a value
// Return value is the integer entered by the user from the keyboard
int getValueFromUser()
{
 	std::cout << "Enter an integer: ";
	int input{};
	std::cin >> input;  

	return input; // return the value the user entered back to the caller
}

复用函数

现在我们可以举一个函数复用的好例子。考虑下面的程序

#include <iostream>

int main()
{
	int x{};
	std::cout << "Enter an integer: ";
	std::cin >> x; 

	int y{};
	std::cout << "Enter an integer: ";
	std::cin >> y; 

	std::cout << x << " + " << y << " = " << x + y << '\n';

	return 0;
}

虽然这个程序可以工作，但它有点多余。事实上，这个程序违反了良好编程的核心原则之一：**不要重复自己**（通常缩写为 **DRY**）。

为什么重复代码不好？如果我们要将文本“输入一个整数：”更改为其他内容，我们必须在两个位置进行更新。如果我们要初始化 10 个变量而不是 2 个呢？那将是大量的冗余代码（使我们的程序更长，更难理解），并且有很多出现打字错误的空间。

让我们更新这个程序，使用我们上面开发的 getValueFromUser 函数

#include <iostream>

int getValueFromUser()
{
 	std::cout << "Enter an integer: ";
	int input{};
	std::cin >> input;  

	return input;
}

int main()
{
    int x{ getValueFromUser() }; // first call to getValueFromUser
    int y{ getValueFromUser() }; // second call to getValueFromUser

    std::cout << x << " + " << y << " = " << x + y << '\n';

    return 0;
}

此程序生成以下输出：

Enter an integer: 5
Enter an integer: 7
5 + 7 = 12

在此程序中，我们两次调用 getValueFromUser，一次用于初始化变量 x，一次用于初始化变量 y。这使我们不必复制获取用户输入的代码，并减少了出错的可能性。一旦我们知道 getValueFromUser 有效，我们就可以根据需要多次调用它。

这就是模块化编程的精髓：能够编写一个函数，测试它，确保它有效，然后知道我们可以根据需要多次重用它，并且它将继续有效（只要我们不修改函数——此时我们将不得不重新测试它）。

总结

返回值提供了一种让函数向函数调用者返回单个值的方法。

函数提供了一种最小化程序冗余的方法。

小测验时间

问题 #1

检查（不要编译）以下每个程序。确定程序将输出什么，或者程序是否会生成编译器错误。

假设您已关闭“将警告视为错误”。

1a)

#include <iostream>

int return7()
{
    return 7;
}

int return9()
{
    return 9;
}

int main()
{
    std::cout << return7() + return9() << '\n';

    return 0;
}

显示答案

1b)

#include <iostream>

int return7()
{
    return 7;

    int return9()
    {
        return 9;
    }
}

int main()
{
    std::cout << return7() + return9() << '\n';

    return 0;
}

显示答案

1c)

#include <iostream>

int return7()
{
    return 7;
}

int return9()
{
    return 9;
}

int main()
{
    return7();
    return9();

    return 0;
}

显示答案

1d)

#include <iostream>

int getNumbers()
{
    return 5;
    return 7;
}

int main()
{
    std::cout << getNumbers() << '\n';
    std::cout << getNumbers() << '\n';

    return 0;
}

显示答案

1e)

#include <iostream>

int return 5()
{
    return 5;
}

int main()
{
    std::cout << return 5() << '\n';

    return 0;
}

显示答案

问题 #2

“DRY”代表什么，以及为什么它是一种值得遵循的有用实践？

显示答案