2-2 函数返回值（返回值函数）
请考虑以下程序：
#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;
}
该程序包含两个概念部分：首先，我们获取用户的输入值；然后告知用户该值对应的双倍数值。
尽管这个程序足够简单，无需拆分为多个函数，但若我们想这样做呢？获取用户输入的整数值是程序需要完成的明确任务，因此非常适合作为函数实现。
现在让我们编写实现此功能的程序：
// 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不错的解决方案尝试，但它并不完全有效。
当调用 getValueFromUser 函数时，程序会如预期般要求用户输入整数。但当 getValueFromUser 结束并控制权返回主函数时，用户输入的值便会丢失。变量 num 从未被初始化为用户输入的数值，因此程序始终输出答案 0。
我们缺少的关键环节是让 getValueFromUser 函数将用户输入的值传递回主函数，以便主函数能利用该数据。
返回值
编写用户自定义函数时，可自行决定函数是否向调用方返回值。要实现返回值，需满足两个条件：
首先，函数必须声明返回值的类型。这通过设置函数的返回类型return type实现，该类型定义在函数名之前。在上例中，函数 getValueFromUser 的返回类型为 void（表示不向调用方返回值），而 main 函数的返回类型为 int（表示将返回 int 类型的值）。请注意，这仅决定了返回值的类型，并不决定具体返回何种数值。
相关内容
我们将在下一课（2.3 -- 空值函数（不返回值的函数））中进一步探讨返回 void 的函数。
其次，在需要返回值的函数内部，我们使用return语句return statement来指定返回给调用方的具体值。return语句由return关键字开头，后接一个表达式（有时称为返回表达式return expression），末尾以分号semicolon结束。
当return语句被执行时：
- 返回表达式被求值以产生一个值。
- 返回表达式产生的值被复制回调用方。该副本称为函数的返回值
return value。 - 函数退出，控制权返回给调用方。
将复制值返回给调用方的过程称为按值返回return by value。
命名法
返回表达式生成待返回的值。返回值是该值的副本。
返回值函数每次被调用时都会返回一个值。
下面我们来看一个返回整数值的简单函数，以及调用它的示例程序：
#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，该程序输出：
执行从 main 函数顶部开始。在第一条语句中，对 returnFive() 的函数调用被求值，导致函数 returnFive() 被调用。返回表达式 5 被求值产生值 5，该值被返回给调用方，并通过 std::cout 打印到控制台。
在第二个函数调用中，对 returnFive 的调用被求值，导致函数 returnFive 再次被调用。函数 returnFive 将值 5 返回给调用方。表达式 5 + 2 被求值产生结果 7，随后通过 std::cout 打印到控制台。
在第三条语句中，函数 returnFive 再次被调用，导致值 5 被返回给调用方。然而 main 函数并未对返回值进行任何操作，因此后续不会发生任何事情（返回值被忽略）。
注意：除非调用方通过 std::cout 将返回值发送到控制台，否则返回值不会被打印。在上面的最后一种情况下，返回值未被发送到 std::cout，因此不会打印任何内容。
提示:
被调用函数返回值后，调用方可选择在表达式或语句中使用该值（例如用于初始化变量或发送至 std::cout），或直接忽略（不进行任何操作）。若调用方忽略返回值，该值将被丢弃（不作任何处理）。
修复我们的挑战程序
基于此，我们可以修复本节课开头展示的程序：
#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;
}
当该程序执行时，main函数中的第一条语句将创建一个名为num的整型变量。程序在初始化num时，会发现存在对getValueFromUser()函数的调用，因此将转而执行该函数。getValueFromUser函数会提示用户输入数值，随后将该值返回给调用方（main()）。该返回值将作为变量num的初始化值。num可在main()内按需多次使用。
提示
若需多次使用函数调用的返回值，请用该返回值初始化变量，随后即可通过该变量进行多次调用。
请自行编译此程序并多次运行，以验证其正确性。
重新审视 main()
现在你已掌握理解 main() 函数实际运作机制的概念工具。程序执行时，操作系统会调用 main() 函数，随后执行流程跳转至 main() 开头。main() 中的语句将按顺序执行，最终 main() 返回一个整数值（通常为 0），程序随之终止。
在C++中，main()函数有两项特殊要求：
- main()必须返回整型值。
- 禁止显式调用main()函数。
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();
}
关键要点:
C语言确实允许显式调用main()函数，因此部分C++编译器出于兼容性考虑会支持此行为。
目前，您仍应将main()函数定义在代码文件底部，置于其他函数之后，并避免显式调用该函数。
对于高级读者
人们常误以为 main 函数总是第一个执行的函数。
全局变量在 main 函数执行之前就会初始化。如果某个全局变量的初始化器调用了函数，那么该函数将在 main 之前执行。我们在第 7.4 课——全局变量简介中讨论全局变量。
状态码
你可能好奇为何main()函数返回0，以及何时会返回其他值。
main()函数的返回值有时被称为状态码status code（较少称为退出码exit code，更罕见地称为返回码return code）。状态码用于指示程序是否执行成功。
按惯例，状态码为0表示程序运行正常（即程序按预期执行并行为）。
最佳实践
当程序正常运行时，main函数应返回值0。
非零状态码通常用于指示某种失败（尽管在多数操作系统上可行，但严格来说无法保证跨平台兼容性）。
对于高级读者
C++标准仅定义了3个状态码的含义：0、EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE。0与EXIT_SUCCESS均表示程序执行成功，而EXIT_FAILURE表示程序执行失败。
EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE是定义在
头文件中的预处理器宏： #include <cstdlib> // for EXIT_SUCCESS and EXIT_FAILURE int main() { return EXIT_SUCCESS; }若要最大限度地提高可移植性，应仅使用 0 或 EXIT_SUCCESS 表示成功终止，或使用 EXIT_FAILURE 表示终止失败。
我们在第 2.10 课——预处理器介绍中介绍了预处理器和预处理器宏。
顺带一提……
状态码会被传递回操作系统。操作系统通常会将状态码提供给启动该程序的程序。这为任何启动其他程序的程序提供了一种简易机制，用于判断被启动程序是否运行成功。
不返回值的值返回函数将产生未定义行为
返回值的函数称为值返回函数。若函数的返回类型非 void，则该函数属于值返回函数。
值返回函数必须返回该类型的值（使用 return 语句），否则将导致未定义行为。
相关内容:
我们在第1.6课——未初始化变量与未定义行为中讨论了未定义行为。
以下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;
}
现代编译器应对此发出警告，因为 getValueFromUserUB 被定义为返回 int 类型，但未提供 return 语句。运行此类程序将导致未定义行为，因为 getValueFromUserUB() 作为值返回函数却未返回实际值。
大多数情况下，编译器能检测到你是否遗漏了返回值。但在某些复杂场景中，编译器可能无法准确判断函数是否返回值，因此不应依赖此机制。
最佳实践
确保所有返回值非 void 的函数在任何情况下都返回一个值。
值返回函数若未返回值，将导致未定义行为。
若未提供return语句，main函数将隐式返回0
唯一例外是 main() 函数。根据规则，值返回函数必须通过 return 语句返回值，但 main() 函数若未提供 return 语句，将隐式返回值 0。尽管如此，最佳实践仍是从 main() 中显式返回值，这既能体现编程意图，又能与其他函数保持一致（若未指定返回值，其他函数将表现为未定义行为）。
函数只能返回单一值
每次调用时，返回值函数只能向调用方返回单一值。
请注意，return语句中提供的值不必是字面量——它可以是任何有效表达式的结果，包括变量甚至调用其他返回值的函数。在上文getValueFromUser()示例中，我们返回了变量input，该变量存储了用户输入的数字。
针对函数仅能返回单一值的限制，存在多种变通方案，我们将在后续课程中详细探讨。
函数作者可自行决定返回值的含义
函数返回值的含义由函数作者决定。某些函数将返回值用作状态码，用于指示成功或失败。其他函数则返回计算或选取的值。还有些函数不返回任何值（我们将在下一课中看到这类函数的示例）。
鉴于此处的可能性多种多样，建议通过注释说明函数返回值的含义来完善函数文档。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
}
函数复用
现在我们可以说明函数复用的一个良好案例。请看以下程序：
#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;
}
虽然这个程序能运行，但存在冗余问题。事实上，它违反了优秀编程的核心原则之一：不要重复自己Don’t Repeat Yourself（常简称为DRY）。
重复代码为何不可取？若想将文本“请输入整数：”替换为其他内容，我们必须在两个位置进行修改。若需初始化10个变量而非2个呢？这将产生大量冗余代码（使程序冗长且难以理解），并增加大量输入错误的风险。
现在让我们更新程序，改用前面开发的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;
}
该程序产生以下输出：
在此程序中，我们两次调用 getValueFromUser 函数：第一次用于初始化变量 x，第二次用于初始化变量 y。这既避免了重复编写获取用户输入的代码，又降低了出错概率。一旦确认 getValueFromUser 函数正常工作，我们便可随心所欲地调用它。
这正是模块化编程的精髓：编写函数、测试验证、确保其正常运行，随后便可放心重复调用——只要不修改函数本身（若修改则需重新测试），它将始终保持有效。
最佳实践
遵循DRY原则：“不要重复自己”。若需执行某操作多次，请考虑如何修改代码以最大限度消除冗余。变量可用于存储需多次使用的计算结果（从而避免重复计算）。函数可用于定义需要多次执行的语句序列。而循环（将在后续章节介绍）则能实现语句的重复执行。
与所有最佳实践相同，DRY原则应视为指导方针而非绝对准则。读者Yariv指出，当代码被拆解为过小单元时，DRY原则反而可能损害整体可读性。
顺带一提……
DRY（保持代码简洁）的反义词是WET（“把所有东西都写两遍”），这个说法带着点讽刺意味。
结论
返回值为函数提供了一种将单个值返回给函数调用者的方式。
函数为我们在程序中减少冗余提供了途径。
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，或者程序是否会引发编译器错误。
假设你已关闭“将警告视为错误”选项。
1a)
#include <iostream>
int return7()
{
return 7;
}
int return9()
{
return 9;
}
int main()
{
std::cout << return7() + return9() << '\n';
return 0;
}
显示答案
该程序输出数字16。
1b)
#include <iostream>
int return7()
{
return 7;
int return9()
{
return 9;
}
}
int main()
{
std::cout << return7() + return9() << '\n';
return 0;
}
显示答案
该程序无法编译。不允许使用嵌套函数。
1c)
#include <iostream>
int return7()
{
return 7;
}
int return9()
{
return 9;
}
int main()
{
return7();
return9();
return 0;
}
显示答案
该程序能够编译通过，但不会产生任何输出。函数返回的值未被用于任何操作（因此被丢弃）。
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
该程序将两次输出数字5（分别位于不同行）。每次调用函数getNumbers()时，返回语句return 5;都会执行，程序将值5返回给调用方。返回语句return 7;从未被执行。
1e)
#include <iostream>
int return 5()
{
return 5;
}
int main()
{
std::cout << return 5() << '\n';
return 0;
}
显示答案:
该程序无法编译，因为函数名称无效。我们在第1.7课——关键词与命名标识符中讨论过命名规则。
问题 #2
“DRY”代表什么，为什么遵循这一原则很有用？
显示答案
DRY代表“不要重复自己”。这是一种编程实践，旨在通过优化代码结构来最大限度地减少冗余。这种方法能使程序更简洁、更少出错且更易于维护。
浙公网安备 33010602011771号