C++ 函数声明与定义

当一个程序里的函数越来越多时，我们往往希望打开文件第一眼就能看到 main() 主流程，而把各个子函数的具体实现放到后面。这时就会遇到一个问题：如果把子函数的定义写在 main() 函数的后面，我们在前面调用它时，编译器怎么知道这个函数存在呢？

为了解决这个问题，C++ 提供了 “函数声明”（有时也叫 “函数原型”）。简单来说，函数声明就是提前跟编译器打个招呼，告诉它 “后面会有这样一个函数”。而函数定义则是真正把函数体写出来，如下图所示。

为什么要使用函数声明？

在前面学习自定义函数时，我们都是把被调用的子函数直接写在 main() 前面。这是因为 C++ 编译器是按 “从上往下” 的顺序依次读取和检查代码的。

如果我们把计算矩形面积的 getArea() 函数直接挪到 main() 后面，并且不在前面做任何交代，编译时就会直接报错。请看下面例子。

示例 1：未声明就直接调用

#include <iostream>

int main() {
    int area = getArea(8, 5);
    std::cout << area << '\n';
    return 0;
}

int getArea(int width, int height) {
    return width * height;
}

运行结果如下。

（报错）error: 'getArea' was not declared in this scope

分析：

编译器从上往下读到 getArea(8, 5) 时，在前面的代码里还没有见过 getArea 这个名字，不知道它的参数和返回类型。因此编译器直接报出 was not declared in this scope 错误，提示该函数在当前作用域中尚未声明。

解决办法非常简单：我们只需要在 main() 前面先补上一行 “函数声明”，提前交代清楚这个函数的基本格式，再把完整的函数定义留在 main() 后面就可以了。

C++ 函数声明的用法

在 C++ 中，编写函数声明只需要把函数定义的第一行复制过来，去掉花括号 {} 函数体，并在末尾加上一个英文分号（;）即可。

语法：

返回类型 函数名(参数列表);

说明：

函数声明专门用来提前告诉编译器函数的返回类型、函数名以及函数参数的类型和个数。比如对于上面的 getArea() 函数，它的函数声明就是 int getArea(int width, int height);，注意末尾的英文分号不能漏掉。

初学函数时，小伙伴们经常会遇到 “函数声明”、“函数定义” 和 “函数调用” 这三个词。它们之间的区别如下表所示。

搞清楚三者的分工后，下面我们通过两个例子来看看 “先声明、再调用、最后定义” 的配合方式。

示例 2：先声明后定义

#include <iostream>

// 1. 函数声明
int getArea(int width, int height);

int main() {
    // 2. 函数调用
    int area = getArea(8, 5);
    std::cout << "矩形面积：" << area << '\n';
    return 0;
}

// 3. 函数定义
int getArea(int width, int height) {
    return width * height;
}

运行结果如下。

矩形面积：40

分析：

int getArea(int width, int height); 放在 main() 上方，用来提前声明该函数。编译器先读到这行声明并记住了它的格式，随后检查 main() 里的 getArea(8, 5) 确认调用合法，最后关联到下方的函数定义算出结果 40。

实际上，只要写在调用语句之前，函数声明既可以放在 main() 函数外部，也可以放在 main() 函数内部。下面 2 种方式都是可行的。

// 方式 1（推荐）
int getArea(int width, int height);

int main() {
    int area = getArea(8, 5);
    return 0;
}

// 方式 2
int main() {
    int getArea(int width, int height);
    int area = getArea(8, 5);
    return 0;
}

在实际开发中，我们统一推荐使用方式 1，把函数声明放在所有函数外面的顶部。这样当前文件中的所有函数都能共用这行声明，不需要在每个函数里面重复写一遍。

示例 3：集中声明多个函数

#include <iostream>

// 集中声明函数
int getPerimeter(int width, int height);
int getArea(int width, int height);

int main() {
    std::cout << "矩形周长：" << getPerimeter(8, 5) << '\n';
    std::cout << "矩形面积：" << getArea(8, 5) << '\n';
    return 0;
}

// 依次定义函数
int getPerimeter(int width, int height) {
    return (width + height) * 2;
}

int getArea(int width, int height) {
    return width * height;
}

运行结果如下。

矩形周长：26
矩形面积：40

分析：

在这个例子中，我们在 main() 上方集中声明了计算周长的 getPerimeter() 和计算面积的 getArea()，就像在文件开头列了一份清晰的函数清单。紧接着我们在 main() 中写出主流程，最后在文件底部逐一补齐两个函数的具体实现。

那么平时写代码时，我们应该把函数直接定义在 main() 前面，还是先声明再放到 main() 后面呢？当练习代码比较短、只有一两个小函数时，直接定义在 main() 前面最省事。当自定义函数较多时，我们先在顶部集中声明，再把定义放到后面，代码结构会更加整洁。

另外，如果遇到两个函数互相调用的情况，不管把哪一个写在前面，调用对方时对方的完整定义都还在下面。这时我们就必须提前写好函数声明。至于大型项目中如何把函数声明放进头文件（.h）、把定义放进源文件（.cpp），后面的多文件编程还会展开介绍。

函数声明的注意事项

在使用函数声明时，小伙伴们需要注意以下 2 点：

• 声明与定义必须保持一致：同一个函数的声明与定义，在返回类型、函数名、参数个数和参数类型上都必须严格一致。平时有个省心的小窍门：我们可以先把函数定义写好，再复制第一行放到 main() 前面并加上英文分号（;），这样就不容易写错。
• 调用过的函数必须有定义：在前面介绍编译与运行过程时我们讲过，生成可执行程序需要经过编译和链接两步。函数声明只能让编译阶段通过检查，如果我们调用了该函数却漏写对应的函数定义，链接阶段找不到真正的函数体，就会报 undefined reference（未定义的引用）错误。

比如对于第 1 点，如果函数声明写的是返回 int 类型，而后面的函数定义却改成了 double 类型，前后不一致就会直接引发编译报错。下面这种写法就是错误的。

int getArea(int width, int height);

double getArea(int width, int height) {
    return width * height;
}