第3讲 C语言之函数讲解 Function

  • 1. C语言函数的定义与声明（define & declare）
    • 1.1 C语言的入口函数Main函数
    • 1.2 C语言的自定义函数
      • 1.2.1 C语言的自定义函数与数学中的函数很相似
      • 1.2.2 用C语言来定义一个自定义函数
        • （1）定义两部分：函数头和函数体
        • （2）函数可以无参数，也可以无返回值
        • （3）函数的声明
        • （4）养成良好的函数编程规范
        • （5）外部函数与内部函数
    • 1.3 C语言的库函数
  • 2. C语言函数的调用(function reference/function call)
    • 2.1 函数调用的基本概念
    • 2.2 函数的传值
      • （1）基本概念
      • （2）示例说明（函数传值时相当于在新的函数空间中重新拷贝了一份数据）
      • （3） 函数传值总结
    • 2.3 递归函数（待施工）
  • 3 变量的作用域和存储类型
    • 3.1 变量的作用域
    • 3.2 变量的存储类型
    • 3.3 不同作用域和存储类型的变量使用示例

1. C语言函数的定义与声明（define & declare）

1.1 C语言的入口函数Main函数

图1 C语言的剖析
所有C程序只能从Main函数进入， 所有的C程序都有一个Main函数，且仅有一个。
如果一个C文件中定义了多个Main函数，那么VC++6.0会显示如下错误：

//代码1： 重复的main函数#include<stdio.h>int main( ){return 0;}int main( ){return 1;}

编译后，会提示main函数已有被定义过函数体的错误
c:\users\administrator\desktop\cfile\test.c(6) :
error C2084: function 'int __cdecl main()' already has a body
执行 cl.exe 时出错.

1.2 C语言的自定义函数

1.2.1 C语言的自定义函数与数学中的函数很相似

例如数学中函数是这么描述的：
y是关于x的函数 ，y=3x+2，
那么我们可以记做 y = f(x) = 3x+2
我们来看y = f(x)

  • y 是返回值，在C语言用关键字return来表示，每个函数都能只能return1个返回值
  • x 是 参数 （英文名:parameter）,因为x还不是实际的值，所以也被称为形参(formal parameter)。
  • f(x)中的f 被称为函数名，函数名的取名规则与标识符的取名规则一致，不能以数字开头，区分大小写，不要和变量重名。所以y = foo(x) 也是可以的！
  • 函数之间可以互相调用的，如 y = main ( foo ( f(x) ) ) 都是可以的，因为 f(x) 会返回一个值，这个值又作为参数放入 foo( z ) 中， foo(z)返回一个值作为 main函数的参数。当然，前提是我们定义main函数时，main函数需要有一个参数来接收foo(z)。

1.2.2 用C语言来定义一个自定义函数

（1）定义两部分：函数头和函数体

函数头head：返回值类型 函数名(【参数列表】)      /*注：【】表示可选 */
函数体body：紧接在函数头下面用花括号括起来，括起来的部分就是函数体，放入自定义的语句。

  • 示例
int add(int a, int b) //函数头｛//花括号里面都是函数体return a+b;}

（2）函数可以无参数，也可以无返回值

  • 如果没有参数，即 y = foo( ) ，OK
  • 如果没有返回值，即 foo( ) ，则定义foo()时，返回值类型需要使用void代替
  • 在C语言中，函数调用时注意参数要一 一对应，有返回值才能return ，没返回值就不用return 。
  • 示例：上例 int add(int a, int b) 定义了2个参数a和b，有1个返回值，那么调用add时要传入2个参数，要返回1个返回值才正确。

（3）函数的声明

  • 函数如同变量一样，首先要声明，声明了之后main函数才认识。
  • 我们在main函数之前进行声明，声明形式与函数头一致，注意，函数声明和变量一样，语句结束后要加；号。
  • 函数的声明没有函数定义那么严格，可以只表明有几个什么类型的参数，有什么类型的返回值即可。
  • 示例：
//代码2：
#include<stdio.h>
int add(int, int);//add函数声明，参数的变量名可以省略，但数据类型不能省略
int sub(int x, int y) ;//sub函数声明，参数的变量名可以改变，但数据类型不能省略
int main( ){printf("add: %d\n",add(5,6));printf("sub: %d\n",sub(5,6));return 0;}int add(int a, int b) //函数定义
{return a + b;
}int sub(int a, int b) //函数定义
{return a - b;
}
运行结果：
add: 11
sub: -1

（4）养成良好的函数编程规范

  • 命名：函数名尽量采用动词+名词的命名方式，让函数名字体现出含义。
  • 格式：如果定义多个自定义函数，我们采用如下方式进行编程，以使得自己的编程更加规范。
  • 示例（强力推荐，具体见代码2）：
第1部分 ：#include 头文件
第2部分 ：所有自定义的函数声明
第3部分 ：main函数的定义
第4部分 ：所有自定义函数的声明
  • 示例（不推荐代码3，C语言先进入main函数，在main函数下放增加其他函数）
//代码3：
#include<stdio.h>int add(int a, int b) //函数定义
{return a + b;
}int sub(int a, int b) //函数定义
{return a - b;
}int main( ){printf("add: %d\n",add(5,6));printf("sub: %d\n",sub(5,6));return 0;}

（5）外部函数与内部函数

外部函数：

  • 当自定义函数的定义都分散在多个源文件时（即多个.c文件），函数之间需要跨文件调用，因此C语言为了支持函数跨文件进行，因此加入了外部函数声明，关键词为extern，若函数的存储类型定义为extern型，则称其为外部函数，它表示该函数能被其他源文件调用。
  • 示例
//代码4-1：
/*片段1：在main.c中*/
#include<stdio.h>
extern int add(int, int);//extern 表示add()函数为外部函数
extern int sub(int x, int y) ;//extern 表示sub()函数为外部函数
int main( ){printf("add: %d\n",add(5,6));printf("sub: %d\n",sub(5,6));return 0;}

//代码4-2：
/*片段2：在add.c中*/
[extern] int add(int a, int b) //add函数定义，extern可以省略，也可以加上
{return a + b;
}

//代码4-3：
/*片段3：在sub.c中*/
[extern] int sub(int a, int b) //add函数定义，extern可以省略，也可以加上
{return a - b;
}

内部函数：

  • 同样，有外部函数的关键字extern，那么类似也有内部函数的关键字static。
  • 若函数的存储类型为static型，则称其为内部函数（内部函数又称为静态函数），它表示在由多个源文件组成的同一个程序中，该函数只能在其所在的文件中使用，在其他文件中不可使用。

1.3 C语言的库函数

  • 函数C语言中已经存在较多函数，用户可以直接使用而不需要自己再编写；

  • 要使用输入输出函数，在程序开头写上
    #include <stdio.h>；

  • 要使用数学函数中的如求根函数sqrt()函数或求绝对值函数abs()函数，在程序开头写上:
    #include “math.h” 或 #include <math.h>

  • 常用的函数：
    (1) <math.h>中的库函数：abs()、 sqrt()、fabs()、pow()、sin()
    (2) <string.h>中的库函数: strlen()、strcpy()、strcat()、strcmp()

*思考：求算数平方根的函数sqrt( )是如何编写的？

  • 参见算数平方根求解.

2. C语言函数的调用(function reference/function call)

2.1 函数调用的基本概念

  • 函数声明和定义好之后，就可以被其他函数调用了甚至还能自己调用自己。
  • 函数A中使用到了函数B，称函数A调用了函数B，
  • 函数A称为调用函数(caller)，函数B称为被调用函数(callee)。
  • 函数定义时的参数称为形参(formal parameter)，函数实际被调用时放进去的称为实参(actual parameter)。
    如main函数中调用了max(4,6)，4和6都是实参；在max定义时给的x和y都是形参。
  • 如果被调用函数没有形参，则调用函数时圆括号同样必不可少。
  • 调用函数，要求使用的函数名相同，实参和形参要求一一对应。如果不按定义时的形参来放入实参，则会报错：
//代码5
#include<stdio.h>
int add(int, int);//add函数声明
int main( ){printf("add: %d\n",add(5));//add中只有1个实参printf("add: %d\n",add(5,6,7));//add中有3个实参，多了1个实参return 0;}int add(int a, int b) //函数定义，定义了2个形参
{return a + b;
}

编译结果：
Compiling...
C:\Users\Administrator\Desktop\Cfile\test.c(5) : error C2198: 'add' : too few actual parameters
C:\Users\Administrator\Desktop\Cfile\test.c(6) : warning C4020: 'add' : too many actual parameters
执行 cl.exe 时出错.

2.2 函数的传值

（1）基本概念

  • 调用函数时，将实参的值传递给形参，称为传值；

  • 传值后，被调用函数也有实参的备份值，相当于赋值。

  • 在被调用函数中修改形参的值，不影响实参的值。

  • 在被调用函数中可以使用和调用函数中相同的变量名，但表示的是不同的变量。

（2）示例说明（函数传值时相当于在新的函数空间中重新拷贝了一份数据）

//代码6
#include <stdio.h>
void f(int x)
{x = x - 1;printf("被调用函数中的x=%d\n",x);
}
int main()
{int x = 10;f(x);printf("main函数中的x=%d\n",x);return 0;
}

编译运行后的结果：
被调用函数中的x=9
main函数中的x=10
  • 说明：函数传值时相当于在新的函数空间中重新拷贝了一份数据
  • main函数中x的值为10，传给函数f后，函数f中的x也为10，
  • 但是在函数f中将x修改为9，当函数f执行完并返回main函数时，main函数中的x仍为10**

传值可以用下图表示成：

图2 代码6的函数传值示意图

//代码7
#include <stdio.h>
void f(int a,int b)
{int t;t=a;a=b;b=t;
}
int main()
{int a=10,b=20;f(a,b);printf("a=%d,b=%d\n",a,b);return 0;
}

编译运行后的结果：
a=10,b=20

说明： main函数中a和b的值分别为10和20，将其传值给函数f的a和b； 函数f中将a和b的值进行交换，并不影响main函数中的a和b.

图3 代码7的函数传值示意图

（3） 函数传值总结

  • 函数传值时相当于在新的函数空间中重新拷贝了一份数据。
  • 如果要在被调函数中去修改调用函数的实参变量值，例如在代码6中，想修改在f(x)中修改main函数的x值，则必须要使用指针*和取地址符&才能解决，这是教材第8章的内容，也是C语言最难理解和最好用的地方。

2.3 递归函数（待施工）

（待施工）

3 变量的作用域和存储类型

3.1 变量的作用域

变量的作用域：变量起作用的范围。

  • ①局部变量：在函数内部或某个控制块的内部定义的变量。
    局部变量的作用域：函数内部。
    作用：增强了函数模块的独立性。
    + 局部变量又分为静态局部变量和局部变量，静态局部变量加关键字static

  • ②全局变量：在函数外面定义的变量称为全局变量。
    全局变量的作用域：从该变量定义的位置开始，直到源文件结束。
    作用：在同一文件中，所有函数都可以引用全局变量。增强了各函数间数据的联系。

3.2 变量的存储类型

不同类型的变量被存储在内存的不同区域，变量的生命周期也不一样。
在内存中，供用户使用的存储区由程序区、静态存储区和动态存储区3部分组成。

  • 变量的存储类型：auto、register、static和extern4种。
    ① auto型变量存储在内存的动态存储区；
    ② register型变量保存在寄存器中；
    ③ static型和extern变量存储在静态存储器；（静态局部变量也属于此类）

局部变量的存储类型默认值为auto型。
全局变量的存储类型默认值为extern型（静态局部变量也属于此类）

3.3 不同作用域和存储类型的变量使用示例

//代码8
#include <stdio.h>
void a();
void b();
void c();
int x=1;
main()
{int x=5;printf("主函数中的x=%d\n",x);{int x=7;printf("主函数内部的x=%d\n",x);}printf("主函数中的x=%d\n",x);a();b();c();a();b();c();printf("主函数中的x=%d\n",x);
}void a()
{int x=25;printf("函数a中的x=%d\n",x);x++;printf("函数a中的x=%d\n",x);
}void b()
{static int x=50;printf("函数b中的x=%d\n",x);x++;printf("函数b中的x=%d\n",x);
}void c()
{   printf("函数c中的x=%d\n",x);x++;printf("函数c中的x=%d\n",x);
}
  • 读者请自行运行该程序，查看结果，思考为什么会出现这样的结果？
  • 在函数使用同一个变量时，该变量既有局部变量，又有区域性局部变量，又有静态局部变量，又有全局变量，究竟会使用哪一个变量的值呢？

图4 代码8的变量在函数中作用域示意图

  • 总结：
  • *(1) 自己有就用自己的，自己没有就用外面的（先用局部后全局）
  • *(2) 先用声明周期健在，影响范围最小的那个变量（先区域后局部）

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