函数声明

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函数声明引入函数名及其类型。函数定义将函数名/类型与函数体关联。

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[编辑] 函数声明

函数声明可出现于任何作用域。在类作用域中的函数声明引入成员函数(除非使用 friend 说明符),细节见成员函数友元函数

被声明的函数类型由返回类型(return type)(由声明语法声明说明符序列 提供)和函数声明符(声明符)组成。

noptr-声明符 ( 形参列表 ) cv(可选) ref(可选) 异常说明(可选) attr(可选) (1)
noptr-声明符 ( 形参列表 ) cv(可选) ref(可选) 异常说明(可选) attr(可选) -> 尾随返回类型 (2) (C++11 起)

声明符 语法的其他形式见声明

1) 常规函数声明语法
2) 尾随返回类型声明:尾随返回类型仅在最外层函数声明符中允许使用。此情况下的 声明说明符序列 必须包含关键词 auto
noptr-声明符 - 任何合法的 声明符,但若它以 *、& 或 && 开始,则它必须为括号所环绕。
形参列表 - 可以为空,函数形参的逗号分隔列表(细节见下文)
attr(C++11) - 可选的属性列表。这些属性应用于函数类型,而非函数自身。出现于声明符中标识符之后的属性与出现于声明开端的属性合并,若它们存在。
cv - const/volatile 限定,只允许在非静态成员函数中使用
ref(C++11) - 引用限定,只允许在非静态成员函数中使用
异常说明 - 动态异常说明(C++17 前)

noexcept 说明(C++11)之一。注意,异常说明不是函数类型的一部分 (C++17 前)

尾随返回类型(C++11) - 尾随返回类型,当返回类型取决于实参名时,例如 template <class T, class U> auto add(T t, U u) -> decltype(t + u);,或当返回类型复杂时,例如在 auto fpif(int)->int(*)(int) 中,尾随返回类型很有用

如在声明中所提及的,声明符可以后随 requires 子句,它声明该函数所关联的制约,而重载决议所要选择的函数必须满足该制约。(例如 void f1(int a) requires true;)注意,关联的制约是函数签名的一部分,但不是函数类型的一部分。

(C++20 起)

只要 声明说明符序列 允许,函数声明符就可与其他声明符混合:

// 声明一个 int、一个 int*、一个函数,及一个函数指针
int a = 1, *p = NULL, f(), (*pf)(double);
// 声明说明符序列 是 int
// 声明符 f() 声明(但不定义)
//                一个不接受实参并返回 int 的函数
 
struct S
{
    virtual int f(char) const, g(int) &&; // 声明两个非静态成员函数
    virtual int f(char), x; // 编译时错误:virtual(在 声明说明符序列 中)
                            // 仅在非静态成员函数的声明中允许
};

函数的返回类型不能是函数类型或数组类型(但可以是到它们的指针或引用)。

与任何声明相同,出现于声明之前的属性和声明符中直接跟在标识符之后的属性,都应用于所声明或定义的实体(在此例中,应用到函数)

[[noreturn]] void f [[noreturn]] (); // OK:两个属性都应用到函数 f

然而,(语法上)出现于声明符之后的属性,应用到函数类型,而非函数自身

void f() [[noreturn]]; // 错误:此属性对效果无作用
(C++11 起)

与任何声明相同,ret func(params) 所声明的函数 func 的类型为 ret(params)(但适用下文所述的形参类型重编):参见 类型的命名

返回类型推导

若函数声明的 声明说明符序列 包含关键词 auto,则尾随返回类型可以省略,而编译器将从 return 语句中所用的表达式的类型推导出它。若返回类型使用的不是 decltype(auto),则推导遵循模板实参推导的规则进行。

int x = 1;
auto f() { return x; } // 返回类型是 int
const auto& f() { return x; } // 返回类型是 const int&

若返回类型是 decltype(auto),则返回类型为将 return 语句中所用的表达式包裹于 decltype 中时所得到的类型。

int x = 1;
decltype(auto) f() { return x; } // 返回类型是 int,同 decltype(x)
decltype(auto) f() { return(x); } // 返回类型是 int&,同 decltype((x))

(注意:“const decltype(auto)&”是错误的,decltype(auto) 必须独自使用)

若有多条返回语句,则它们必须推导出相同类型

auto f(bool val)
{
    if(val) return 123; // 推导返回类型 int
    else    return 3.14f; // 错误:推导返回类型 float
}

若无 return 语句或若 return 语句的实参是 void 表达式,则所声明的返回类型,必须要么是 decltype(auto),此情况中推导返回类型是 void,要么是(可有 cv 限定的)auto,此情况中推导的返回类型则是(同一 cv 限定的)void

auto f() {} // 返回 void
auto g() { return f(); } // 返回 void
auto* x() {} // 错误: 不能从 void 推导 auto*

一旦在函数中见到一条 return 语句,则从该语句推导的返回类型就可用于函数的剩余部分,包括其他 return 语句。

auto sum(int i)
{
    if(i == 1)
        return i; // sum 的返回类型是 int
    else
        return sum(i - 1) + i; // OK,sum 的返回类型已知
}

若 return 语句使用花括号初始化器列表(brace-init-list),则不允许推导:

auto func () { return {1, 2, 3}; } // 错误

虚函数不能使用返回类型推导。

struct F
{
    virtual auto f() { return 2; } // 错误
};

若函数使用返回类型推导,则它不能用其推导的类型或其他种类的返回类型推导再声明,即使推导出相同类型也是如此

auto f();               // 已声明,未定义
auto f() { return 42; } // 已定义,返回类型是 int
int f();                // 错误:不能使用推导的类型
decltype(auto) f();     // 错误:不同种类的推导
auto f();               // OK:再声明
 
template<typename T>
struct A { friend T frf(T); };
auto frf(int i) { return i; } // 不是 A<int> 的友元

除了用户定义转换函数以外的函数模板可以使用返回类型推导。即使 return 语句中的表达式并非待决的,推导也在实例化时发生。这种实例化并不处于 SFINAE 的目的的立即语境中。

template<class T> auto f(T t) { return t; }
typedef decltype(f(1)) fint_t; // 实例化 f<int> 以推导返回类型
template<class T> auto f(T* t) { return *t; }
void g() { int (*p)(int*) = &f; } // 实例化两个 f 以确定返回类型,
                                  // 选择第二个模板重载

使用返回类型推导的函数模板特化必须使用同一返回类型占位符

template<typename T> auto g(T t) { return t; } // #1
template auto g(int);      // OK,返回类型是 int
//template char g(char);   // 错误,无匹配的模板
 
template<> auto g(double); // OK,用未知返回类型的前置声明
template<typename T> T g(T t) { return t; } // OK,不等价于 #1
template char g(char);     // OK,现在有匹配的模板
template auto g(float);    // 仍然匹配 #1
// void h() { return g(42); } // 错误,歧义

显式实例化声明自身并不实例化使用返回类型推导的函数模板

template<typename T> auto f(T t) { return t; }
extern template auto f(int); // 不实例化 f<int>
int (*p)(int) = f; // 实例化 f<int> 以确定其返回类型,
                   // 但仍需要在程序的别处出现显式实例化的定义
(C++14 起)

[编辑] 形参列表

形参列表决定调用函数时所能指定的实参。它是形参声明的逗号分隔列表,其中每一项拥有下列语法

attr(可选) 声明说明符序列 声明符 (1)
attr(可选) 声明说明符序列 声明符 = 初始化器 (2)
attr(可选) 声明说明符序列 抽象声明符(可选) (3)
attr(可选) 声明说明符序列 抽象声明符(可选) = 初始化器 (4)
void (5)
1) 声明具名(形式)参数。声明说明符序列声明符 的含义见声明
int f(int a, int *p, int (*(*x)(double))[3]);
2) 声明带有默认值的具名(形式)参数。
int f(int a = 7, int *p = nullptr, int (*(*x)(double))[3] = nullptr);
3) 声明一个无名形参
int f(int, int *, int (*(*)(double))[3]);
4) 声明具有默认值的无名形参
int f(int = 7, int * = nullptr, int (*(*)(double))[3] = nullptr);
5) 指示函数不接受形参,它是空参数列表的确切同意词:int f(void);int f(); 声明同一函数。注意类型 void(可以有 cv 限定)不能在其他情况下用于参数列表:int f(void, int);int f(const void); 是错误的(但可以使用其衍生类型,如 void*)。在模板中,只能使用非待决的 void(当以 T = void 实例化时,采用单个 T 类型的形参的函数不会成为无形参函数) (C++11 起)

省略号 ... 可出现于形参列表末尾;这声明一个变参函数(variadic function)

int printf(const char* fmt ...);

为了与 C89 兼容,当形参列表含有至少一个形参时,省略号前可出现可选的逗号:

int printf(const char* fmt, ...); // OK,同上

尽管 声明说明符序列 蕴含了可以存在类型说明符之外的说明符,但其他受允许的说明符仅有 register auto (C++11 前),且它无任何效果。

(C++17 前)

若任何函数形参使用了占位符(placeholder)auto概念(concept)类型),则函数声明转变为简写函数模板声明:

void f1(auto);    // 同 template<class T> void f(T)
void f2(C1 auto); // 同 template<C1 T> void f7(T),若 C1 是概念
(C++20 起)

声明于函数声明之中的形参名通常只用作以自身为文档的目的。它们在函数定义中被使用(但仍是可选的)。

形参列表中的每个函数形参的类型,根据下列规则确定:

1) 首先,以如同在任何声明中的方式,组合声明说明符序列和声明符以确定其类型。
2) 若类型是“T 的数组”或“T 的未知边界数组”,则它被替换成类型“T 的指针”
3) 若类型是函数类型 F,则它被替换成类型“F 的指针”
4) 从形参类型中丢弃顶层 cv 限定符(此调整只影响函数类型,但不改动形参的性质:int f(const int p, decltype(p)*);int f(int, const int*); 声明同一函数)

因为这些规则,下列函数声明确切地声明同一函数:

int f(char s[3]);
int f(char[]);
int f(char* s);
int f(char* const);
int f(char* volatile s);

下列声明也确切地声明同一函数:

int f(int());
int f(int (*g)());

形参类型不能是含有到未知边界数组的引用或指针的类型,含有这种类型的多级指针/数组,或含有指向以这些类型为形参的函数指针

(C++14 前)

指示可变实参的省略号前不能有逗号,即使它跟随指示形参包展开的省略号也是如此,故下列函数模板是确切相同的:

template<typename ...Args> void f(Args..., ...);
template<typename ...Args> void f(Args... ...);
template<typename ...Args> void f(Args......);

使用这种声明的例子之一是 std::is_function 的实现。

(C++11 起)

[编辑] 函数定义

非成员函数的定义只能出现在命名空间作用域中(不存在嵌套函数)。成员函数的定义亦可出现在类定义的体内。它们拥有下列语法:

attr(可选) 声明说明符序列(可选) 声明符 虚声明符序列(可选) 函数体

其中 函数体 是下列之一

构造函数初始化器(可选) 复合语句 (1)
函数-try-块 (2)
= delete ; (3) (C++11 起)
= default ; (4) (C++11 起)
1) 常规函数体
2) 函数 try 块(这是包装在 try/catch 块内的常规函数体)
3) 显式弃置的函数定义
4) 显式预置的函数定义,仅对特殊成员函数允许
attr(C++11) - 可选的属性列表。这些属性与出现在 声明符 中标识符之后的属性结合(见本页顶部),若它们存在。
声明说明符序列 - 带有说明符的返回类型,与声明文法相同
声明符 - 函数声明符,与上述函数声明文法相同。和函数声明一样,它可后随 requires-子句 (C++20 起)
虚说明符序列(C++11) - overridefinal,或它们任意顺序的组合(仅对成员函数允许)
构造函数初始化器 - 成员初始化器列表,仅在构造函数中允许
复合语句 - 花括号环绕的语句序列,它们构成函数体
int max(int a, int b, int c)
{
    int m = (a > b)? a : b;
    return (m > c)? m : c;
}
// 声明说明符序列 是“int”
// 声明符是“max(int a, int b, int c)”
// 函数体是 { ... }

函数体是一条复合语句(为一对花括号所环绕的零或多条语句),它们在函数调用时被执行。

函数的各个形参类型和返回类型不能是不完整的类类型除了被弃置的函数 (C++11 起)。完整性检查在函数的语境中进行,这允许成员函数返回在其中定义它们的类(或其外围类),尽管在定义点它是不完整的(它在函数体内完整)。

在函数定义的 声明符 中声明的形参,在函数体内处于作用域中。若某个形参未在函数体中使用,则它不需要具名(使用抽象声明符足矣)

void print(int a, int) // 未使用第二个形参
{
    std::printf("a = %d\n",a);
}

尽管形参上的顶层 cv 限定符在函数声明中被忽略,它们亦会修饰形参的类型,这在函数体中可见:

void f(const int n) // 声明 void(int) 类型的函数
{
    // 但在体内,n 的类型是 const int
}

弃置函数

如果取代函数体而使用特殊语法 = delete ;,则该函数被定义为弃置的(deleted)。任何弃置函数的使用都是非良构的(程序无法编译)。这包含调用,包括显式(以函数调用运算符)及隐式(对弃置的重载运算符、特殊成员函数、分配函数等的调用),构成指向弃置函数的指针或成员指针,甚或是在不求值表达式中使用弃置函数。但是,允许隐式 ODR 式使用 刚好被弃置的非纯虚成员函数。

若函数被重载,则首先进行重载决议,且仅当选择了弃置函数时程序才非良构。

struct sometype
{
    void* operator new(std::size_t) = delete;
    void* operator new[](std::size_t) = delete;
};
sometype* p = new sometype; // 错误:尝试调用弃置的 sometype::operator new

函数的弃置定义必须是翻译单元中的首条声明:已经声明过的函数不能声明为弃置的:

struct sometype { sometype(); };
sometype::sometype() = delete; // 错误:必须在首条声明弃置

__func__

在函数体内,如同以如下方式定义了函数局部的预定义变量 __func__

static const char __func__[] = "function-name";

此变量具有块作用域及静态存储期:

struct S
{
    S(): s(__func__) {} // OK:初始化器列表是函数体的一部分
    const char* s;
};
void f(const char* s = __func__); // 错误:形参列表是声明符的一部分
(C++11 起)

[编辑] 注解

在使用直接初始化语法的变量声明和函数声明之间有歧义的情况下,编译器选择函数声明;见直接初始化

[编辑] 示例

#include <iostream>
#include <string>
 
// 命名空间(文件)作用域中的声明
// (定义在后面提供)
int f1();
 
// 拥有默认实参的简单函数,不返回内容
void f0(const std::string& arg = "world")
{
    std::cout << "Hello, " << arg << '\n';
}
 
// 返回指向 f0 的指针的函数
auto fp11() -> void(*)(const std::string&)
{
    return f0;
}
 
// 返回指向 f0 的指针的函数,C++11 前的风格
void (*fp03())(const std::string&)
{
    return f0;
}
 
int main()
{
    f0();
    fp11()("test");
    fp03()("again");
    int f2(std::string); // 块作用域中的声明
    std::cout << f2("bad12") << '\n';
}
 
// 简单的非成员函数,返回 int
int f1()
{
    return 42;
}
 
// 拥有异常说明和函数 try 块的函数
int f2(std::string str) noexcept try
{ 
    return std::stoi(str);
}
catch(const std::exception& e)
{
    std::cerr << "stoi() failed!\n";
    return 0;
}

输出:

Hello, world
Hello, test
Hello, again
stoi() failed!
0

[编辑] 缺陷报告

下列更改行为的缺陷报告追溯地应用于以前出版的 C++ 标准。

DR 应用于 出版时的行为 正确行为
CWG 1394 C++11 弃置函数不能返回不完整类型 允许不完整的返回类型
CWG 577 C++11 待决类型 void 可用于声明无形参函数 仅允许非待决的 void
CWG 393 C++14 含有到未知边界数组的指针/引用的类型不能作为形参 允许这些类型

[编辑] 参阅

声明函数C 文档