函数的执行

main 函数

聪明的你可能已经发现，我们第一章、第二章写的代码一直都写在

int main() {
    // 这里面
}

这样一个东西里面。然而这个东西实际上长得很像一个函数定义——一个返回值为 int、同时不接收任何参数的名为 main 的函数。没错，这个东西的的确确是一个函数，被称为 main 函数（或称主函数）。

main 函数规定了 C++ 程序执行的入口。请这样想，所有的函数都代表了一个过程，同时整个程序本身也是一个过程；因而整个程序也可以用一个函数来表达。这个函数就是 main 函数了。当编译、运行一段 C++ 代码时，计算机会首先从 main 函数执行；如果 main 函数执行完毕，则整个程序就执行完毕退出。

C++ 标准规定 main 函数的返回值必须为 int 类型。 main 函数的返回值的意义我们目前没有必要掌握，只需了解以下事实：若 main 函数的返回值为 0，则代表程序正常完成工作并正常退出；若非 0，则代表因发生了意外状况而退出。因此你会在许多其它书的样例程序中见到这样的代码：

int main() {
    // other code...
    return 0;
}

它的含义就是代表程序将正常退出。但为什么我们一直没有写 return 0; 这条语句呢？因为 C++ 标准特别地允许 main 函数无需 return 语句。当 main 函数执行到函数体结尾却没有遇到 return 时，将自动地执行 return 0;。所以说在一般情形下，main 函数结尾可以省去 return 。

执行细节

接下来我们将详细了解计算机如何执行一个函数。

首先你需要了解一件事情，就是目前计算机在执行一个程序的时候，是通过读取一系列的指令来实现的。实际上，计算机总是将一个函数作为一个整体进行读取；也就是说，计算机首先读取一个函数里面的所有指令，然后再依次执行这些指令。那么这些被读取的指令存放在哪里呢？它们实际上被存放在一个称为“内存”的存储空间里。

举个例子。对于这段代码来说：

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    int c{a + b};
    cout << c << endl;
}

计算机如何执行它编译得到的那段程序呢？请看下面这张图（点击开始按钮）：

现在来考虑如果加上一个函数 int max(int, int) 并调用它，会发生什么呢？

#include <iostream>
using namespace std;
int max(int x, int y) {
    int z;
    if (x > y)
        z = x;
    else
        z = y;
    return z;
}
int main() {
    int a, b, c;
    cin >> a >> b;
    c = max(a, b);
    cout << c << endl;
}

其实它编译出的程序将这样执行：

整个过程中，需要注意有两点：

在调用函数前，需要做三件事情：
1. 初始化 max 函数：为 max 函数分配一定大小的内存，并将 max 函数中的指令存入；
2. 传递参数（若有）：将实际参数带入 max 函数的形式参数（后面会细讲）；
3. 保存并暂停 main 函数：保存 main 函数的执行状态并暂时不管它。
在函数调用完成后，也需要做三件事情：
1. 接收返回值（若有）：将 max 函数的返回值作为整个调用表达式的值；
2. 释放 max 函数：将刚刚分配的内存“扔”掉，也就是释放掉；
3. 恢复 main 函数：恢复刚刚保存的 main 函数执行状态，继续执行剩余的过程。

参数传递

现在来放大看一看在调用函数前，程序是如何传递参数的。还是刚才的例子，其中 main 函数在第 14 行执行了调用，实际参数为 a 和 b 的值；max 函数在第 3 行给出定义，形式参数为 x 和 y 这两个变量。刚才说过，这个参数传递的过程是一个“用实参代入形参”的过程。具体来讲就是：用实参去初始化形参。

因为形参是一个变量，所以在初始化函数的时候形参也需要被初始化。然而这个初始化过程需要一个初始化值；恰好实参就是一个值，故用实参作为形参的初始化值。形象地讲，就是：

int x{main 函数里 a 的值};
int y{main 函数里 b 的值};

这种写法并不严格等同。（因为函数传参是复制初始化open in new window，而大括号初始化不是。）

所以人们常说，这是一个“复制”的过程。因为传递参数的过程相当于把原来 main 中的数据拷贝出来，初始化为 max 函数形参的值。这个时候，main 函数中的 x 和 y，与 max 函数中的 a 和 b 是没有任何关系的两组变量，只是它们的值相等罢了。

下面来看这个例子：

#include <iostream>
using namespace std;
void change(int c, int d) {
    c = 30;
    d = 50;
}
int main() {
    int a{3}, b{5};
    change(a, b);
    cout << a << " " << b << endl;
}

请问它的输出会是什么？

如果你拿不准的话，请看下面的图示。

因此 change 函数并不会更改 main 中变量的值，输出仍然是 3 5。那么如何让 change 函数更改这两个变量的值呢？其实存在至少三种方法可以实现，下一节我们将介绍其中一种。

# 函数的执行

# main 函数

# 执行细节

# 参数传递

函数的执行

main 函数

执行细节

参数传递