7.1 函式的概念與定義方式

重複的程式碼是所有 bug 的根源。當你發現同樣的邏輯在多個地方出現，就應該把它抽出來寫成一個函式。

函式是一段可重複使用的程式碼，你提供輸入（參數），它返回輸出（回傳值）。就像工廠流水線上的一台機器，你丟進去物料，它吐出來成品。

函式的定義格式：

回傳的資料型態 函式名稱(參數1型態 參數1名稱, 參數2型態 參數2名稱, ...) {
    函式內容
    return 要回傳的值;
}

¶範例程式碼

範例 1：計算兩個整數的和

#include<iostream>
using namespace std;

// 定義函式：計算兩個整數的和
int sum(int x, int y) {
    // x 和 y 是參數，函式內可以使用它們
    return x + y;  // return 後面跟著要回傳的值
}

int main() {
    // 呼叫函式並把結果存到變數
    int a = 3, b = 5;
    int result = sum(a, b);  // result = 8
    cout << result << "\n";

    return 0;
}

執行結果：

範例 2：找兩個整數中較大的那個

#include<iostream>
using namespace std;

// 定義函式：找較大值
int maxVal(int x, int y) {
    if (x > y) {
        return x;
    }
    return y;
}

int main() {
    int a = 7, b = 3;
    cout << maxVal(a, b) << "\n";  // 輸出 7
    cout << maxVal(10, 15) << "\n";  // 輸出 15，可以直接傳數字

    return 0;
}

執行結果：

7
15

¶重要細節

函式宣告順序

如果你要在 main() 中呼叫 sum() 函式，必須在 main() 之前定義 sum()。順序很重要：

// ✓ 正確寫法：函式定義在 main 之前
int sum(int x, int y) {
    return x + y;
}
int main() {
    cout << sum(3, 5) << "\n";
    return 0;
}

// ✗ 錯誤寫法：這樣編譯會報錯，因為 main 看不到 sum
int main() {
    cout << sum(3, 5) << "\n";  // 此時還不知道 sum 是什麼
    return 0;
}
int sum(int x, int y) {
    return x + y;
}

重要提醒：函式不能巢狀宣告

你不能在一個函式裡面定義另一個函式。所有函式定義都必須在最外層（和 main() 同一層級）。

// ✗ 不合法：函式不能在 main 裡面定義
int main() {
    int sum(int x, int y) {  // 編譯錯誤
        return x + y;
    }
    return 0;
}

常犯錯誤：非 void 函式忘記 return（未定義行為）

如果一個函式應該回傳某個型態的值，但執行到底部都沒有執行 return 陳述式，結果是未定義行為（Undefined Behavior, UB）——任何事都可能發生。

✘ 錯誤寫法：

int add(int x, int y) {
    int val = x + y;
    // 沒有 return！會出現編譯警告 warning: non-void function does not return a value
}

✔︎ 正確寫法：

int add(int x, int y) {
    int val = x + y;
    return val;
}

為什麼錯？ 編譯器不知道這個函式最後要回傳什麼值，可能回傳垃圾值或隨機值。這種 bug 在本機可能通過測試，但上傳到 OJ 卻莫名其妙錯誤。

常犯錯誤：return 後面的程式碼永遠不會執行

一旦函式執行到 return 陳述式，函式就立刻結束並回傳值，後面的程式碼被跳過。

✘ 錯誤寫法：

int max(int x, int y) {
    if (x > y) {
        return x;
    }
    return y;
    cout << "This line never runs\n";  // 無用程式碼
}

✔︎ 正確寫法：

int max(int x, int y) {
    if (x > y) {
        return x;
    }
    return y;
    // 沒有 return 後面的程式碼
}

同名函式是允許的（函式重載）

你可以有多個名稱相同的函式，只要它們的參數個數或型態不同就行。編譯器會根據你傳入的參數自動選擇合適的版本：

#include<iostream>
using namespace std;

// 版本 1：兩個 int 的 max
int max(int x, int y) {
    return (x > y) ? x : y;
}

// 版本 2：兩個 long long 的 max（參數型態不同）
long long max(long long x, long long y) {
    return (x > y) ? x : y;
}

// 版本 3：三個 int 的 max（參數個數不同）
int max(int x, int y, int z) {
    if (x > y && x > z) return x;
    if (y > z) return y;
    return z;
}

int main() {
    cout << max(3, 5) << "\n";           // 呼叫版本 1，輸出 5
    cout << max(1000000000000LL, 999999999999LL) << "\n";  // 呼叫版本 2
    cout << max(3, 5, 7) << "\n";        // 呼叫版本 3，輸出 7

    return 0;
}

函式可以呼叫函式（巢狀呼叫）

函式的參數可以是任何運算式——包括另一次函式呼叫的結果。數學課上看過的 $f(f(2))$ ，翻成程式就是 f(f(2))：先算裡面的 f(2)，再把結果丟進外層的 f。

#include<iostream>
using namespace std;

// 對應數學函數 f(x) = x^2 + 2x + 3
int f(int x) {
    return x * x + 2 * x + 3;
}

int main() {
    cout << f(2) << "\n";        // 11
    cout << f(f(2)) << "\n";     // 先算 f(2) = 11，再算 f(11) = 146
    cout << f(1) + f(2) << "\n"; // 函式呼叫也能參與四則運算：6 + 11 = 17

    return 0;
}

執行結果：

11
146
17

同樣地，一個函式的內容裡也可以呼叫別的函式。例如已經有找兩數較大值的 maxVal()，「三個數的最大值」就能直接疊出來，不必重寫比較邏輯：

// 函式裡面可以呼叫別的函式
int maxOfThree(int x, int y, int z) {
    return maxVal(maxVal(x, y), z);
}

maxVal(maxVal(x, y), z) 先找出 x、y 中較大者，再拿它和 z 比。題目給你一條數學函數的定義（例如 $f(x) = |x - 2|$ 、 $g(x) = f(f(x)^3 + f(x) + 1)$ ），照著定義各寫一個函式、再照式子組合呼叫，就是最不容易出錯的做法——千萬不要試著手動把整條式子展開。

¶函式的排版

函式定義的排版和前面一脈相承——{ 接在行尾、函式體縮排一層；參數列則比照「逗號後空格」的習慣：

// ✓ 好的排版
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// ✗ 不好的排版
int add(int a,int b){return a+b;}

規則	✓ 好的做法	✗ 不好的做法	為什麼
函式名接括號不空格	`add(int a, int b)`	`add (int a, int b)`	函式名和 `(` 緊貼，跟關鍵字 `if (`／`for (` 剛好相反
參數逗號後空格	`int a, int b`	`int a,int b`	和宣告、初始化一致（1.5 提過）
左大括號接行尾	`int add(...) {`	`{` 另起一行	和 `if`、迴圈同一套習慣
函式體縮排一層	`return ...;` 往右縮	頂著最左邊	一眼看出這些是函式內部的動作

動手試試看：修改範例 2，定義一個 minVal() 函式找最小值，然後在 main() 中呼叫它找出三個數中的最小值。

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