第八章函数与宏定义

8.1函数的概念

为什么要使用函数？

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使用函数可使程序清晰、精炼、简单、灵活。
函数就是功能。一个函数实现一个功能。
函数名应反映其代表的功能。
在设计较大程序时，一般把它分为若干个程序模块，每一个模块实现一个特定的功能。
一个C程序可由一个主函数和若干个其他函数构成。由主函数调用其他函数，其他函数也可以互相调用。
同一个函数可以被一个或多个函数调用任意多次。

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C语言的函数分为两类：
①系统定义的标准函数，又称为库函数。
函数声明一般是放在系统的include目录下以.h为后缀的头文件中，如在程序中要用到某个库函数，必须在调用该函数之前用#include<头文件>命令将库函数信息包含到本程序中。
②自定义函数。
按要求设计
C语言程序设计的核心之一：自定义函数。

8.1.1 函数的定义

自定义函数

[存储类型符] [返回值类型符]  函数名([形参说明表])
{<函数语句体>
}

说明：
1.[存储类型符] 指的是函数的作用范围，只有两种形式：static和extern。
static说明的函数称为内部函数，只能作用于其所在的源文件，
extern说明的函数称为外部函数，可被其他源文件中的函数调用。

缺省情况为extern

2.[返回值类型符] 指的是函数体语句执行完成后，函数返回值的类型。
如int，float，char等。

若函数无返回值，则用空类型void来定义函数的返回值。
默认情况为int型（有些编辑器不支持默认情况）。

3**.函数名**由任何合法的标识符构成

建议将函数名的命名与函数内容有一定关系

4.[形参说明表] 是一系列用逗号分开的形参变量说明。
如：int x，int y，int z，
表示形参变量有三个：x，y，z。类型都是int型的。
注意：不能直接写成：int x,y,z。
5.在古典式函数定义中，[形参表] 只要形参名，不要类型名。如：x,y,z。
表示形参变量有三个。形参变量的类型通过型参说明语句说明。

[行参说明表]或[形参表]都可以缺省，缺省时表示函数无参数。

6. 函数语句体是放在一对花括号{ }中，由局部数据类型描述和功能实现两部分组成。

函数返回语句。
通常用返回语句来结束函数的调用。
两种形式的返回语句：
①函数无返回值的情况
return
②函数有返回值的情况
return（表达式的值）;

8.1.2 函数的声明和调用

通常情况下，自定义的函数在使用之前要先进行函数声明，才能在程序中进行函数调用。
1.函数声明
函数声明语句的形式：
[存储类型符] [返回值类型符] 函数名([形参说明表]);
如：int abs_sun(int m,int n);
（abs是求绝对值函数）
2.函数调用函数定义好后，若不通过函数调用，不会发挥任何作用。
函数调用是通过函数调用语句来实现的。
①函数无返回值情况：
函数名([实参表]);
②函数有返回值的情况：
变量名=函数名([实参表]);
注意：变量名的类型必须与函数的返回值类型相同。
函数调用时，会去执行函数中的语句内容，函数在执行完毕后，回到函数的调用处，继续执行程序中函数调用后面的语句。

8.1.3 函数的传值方式

函数传值的4个要点：
①对于带有参数的函数，调用时，将实参表中每一个实参的值对应的传递给每一个形参变量；
②形参变量接收到实参传来的值后，会在内存临时开辟新的空间，保存形参变量的值；
③函数执行完毕时，释放临时开辟的内存空间；
④形参的值在函数中不论是否发生变化，实参变量的值均不会发生变化。
自定义函数在程序中的使用方式有两种形式：
①先声明函数声明，再进行函数调用，函数定义放在main函数的后面。
②先定义函数，再调用函数（不需要在调用前函数声明）。
【例8.1】编写程序，通过调用函数int abs_sum(int a,int b),求任意两个整数的和。

第一种形式：先进行函数声明；
再进行函数调用；
最后给出函数定义。

#include<stdio.h>
int abs_sum(int m,int n);/*函数声明*/
main()
{int x,y,z;scanf("%d%d",&x,&y);z=abs_sum(x,y);   /*函数调用*/printf("|%d|+|%d|=%d\n",x,y,z);
}
int abs_sum(int m,int n)/*函数定义*/
{if(m<0)m=-m;if(n<0)n=-n;return m+n;
}

第二种形式：先定义函数；
再调用函数
(不需要在调用前函数声明)

#include<stdio.h>
int abs_sum(int m,int n)/*函数定义*/
{if(m<0)m=-m;if(n<0)n=-n;return m+n;
}
main()
{int x,y,z;scanf("%d%d",&x,&y);z=abs_sum(x,y);   /*函数调用*/printf("|%d|+|%d|=%d\n",x,y,z);
}

思考：
1.怎样求任意3个整数之和？
（自己写的）

 //注意if函数体后面有； //双引号内是% //返回值要赋值给一个定义好的变量//定义函数名后面有实参表，前面有存储类型符 #include<stdio.h>
int abs_sum(int a,int b,int c);/*函数声明*/
main()
{int x,y,z,q;scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);q=abs_sum(x,y,z);   /*函数调用*/ printf("|%d|+|%d|+|%d|=%d\n",x,y,z,q);}
int abs_sum(int a,int b,int c)/*函数定义*/
{if (a<0)a=-a;if (b<0)b=-b;if (c<0)c=-c;return a+b+c;
}

（老师教的）

//scanf双引号内没有逗号 ,双引号与变量之间有逗号 ，变量名前加&地址符
//函数定义后面没有分号 #include<stdio.h>
int abs_sum(int a,int b);
main()
{int x,y,z,sum;scanf("%d%d%d",&x,&y,&z);sum=abs_sum(abs_sum(x,y),z);printf("|%d|+|%d|+|%d|=%d",x,y,z,sum);
}
int abs_sum(int a,int b)
{if(a<0)a=-a;if(b<0)b=-b; return a+b;
}

函数传值调用的性质：
实参的值在函数调用前和函数调用后不会发生变化。
如有程序，分析程序的运行结果

#include<stdio.h>
void exchange(int a,int b)
{int temp;printf("3---a=%d,b=%d\n",a,b);temp=a;a=b;b=temp;printf("4---a=%d,b=%d\n",a,b);
}
main()
{int x=10,y=20;printf("1---x=%d,y=%d\n",x,y);exchange(x,y);/*函数调用*/printf("2---x=%d,y=%d\n",x,y);
}

8.2 变量的作用域和存储类型

根据变量的作用域不同，可分为局部变量和全局变量两种。
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

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：从该变量定义的为止开始，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。
变量的存储类型
变量的存储类型指的是变量的存储属性，它说明变量占用存储空间的区域。
在内存中，供用户使用的存储区域由== 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extern 4种。
①auto型变量存储在内存的动态存储区；
②register型变量保存在寄存器中；
③static型和extern变量存储器在静态存储区。
局部变量的存储类型默认值为auto型（动态存储区）。
全局变量的存储类型默认值为extern型（静态存储区）。
注意：
①一般情况下，常用auto型register型定义局部变量。
②static型既可作为局部变量又可作为全局变量。
作为局部变量时，局部变量的值将被保留，若定义时没有赋初值，则系统会自动为其赋0值；
作为全局变量时，其有效范围为它所在的源文件，其他源文件不能使用。

【例8.2】设计一个函数long fac(int n),用来计算正整数的阶乘，编写程序进行测试。

分析:由于计算机对变量的字节长度分配有限，整型变量的最大值是一定的，因此，目前计算整数的阶乘只能针对较小的整数。假定要计算1~5的阶乘。
算法的核心思想：对于任意正整数n，如果知道(n-1)!，则n!=nx(n-1)!。可在函数中定义一个static型变量，用来保存每一次阶乘的计算结果。

/*利用static型变量保留每一次阶乘的值*/
#include<stdio.h>
long fac(int n) /*fac()是计算n！的函数*/
{static int f=1;f=f*n;return f;
}
int main()
{int i;for(i=1;i<=5;i++)printf("%d!=%ld\n",i,fac(i));
}

8.3 内部函数和外部函数

自定义的函数有两种：内部函数和外部函数
1.内部函数
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。

内部函数的声明形式：
static <返回值> <函数名>(<参数>);
例如：
static int Statistic();

2.外部函数
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它源文件调用。

函数的默认存储类型为extern型。
【例8.2】外部函数的应用示例。下面的程序由三个文件组成：file1.c、file2.c、example8_2.c。
在file1.c、file2.c中分别定义了两个外部函数；在example8_2.c中可以分别调用这两个函数。

//1 file1.c
/*file1.c外部函数定义*/
extern int add(int m,int n)
{return(m+n);
}

//2 file2.c
/*file2.c外部函数定义*/
extern int mod(int a,int b)
{return(a%b);
}

/*example8_2c 调用外部函数*/
#include<stdio.h>
extern int mod(int a,int b);/*外部函数声明*/
extern int add(int m,int n);/*外部函数声明*/
main()
{int x,y,result1,result2,result;printf("Please enter x and y:\n");scanf("%d%d",&x,&y);result1=add(x,y);printf("x+y=%d\n",result);if(result>0)result2=mod(x,y); /*调用file2中的外部函数*/result=result1-result2；printf("mod(x,y)=%d\n",result2);printf("(x+y)-mod(x,y)=%d\n",result);
}

关于函数的几点声明

（1）在程序file1.c、file2.c中的函数定义可以不需要extern加以说明，默认为外部函数。
（2）在example6_6.c中对外部函数的声明也可以不用extern加以说明，默认为外部函数。
（3）由多个源文件组成一个程序时，main()函数只能出现在一个源文件中。
（4）由多个源文件组成一个程序时，有三种连接方式：
①将各源文件分别编译成目标文件，得到多个目标文件（.obj后缀），然后用连接命令把多个.obj文件连接起来。
Turbo c的连接命令为tlink
例如：tlink example6_6.obj+filc1.obj+file2.obj
结果：生成一个example6_6.exe文件。
②建立项目文件（.prj后缀或.dsw后缀），具体操作可操作可参阅各种C语言集成开发环境说明。
③使用文件包含命令。（建议，8.5.2节-文件包含）（常用）
（5）如果将file1.c或file2.c中的extern改成static，则主程序在编译时无法通过。
（6）在程序file1.c或file2.c中，也可以互相调用其外部函数。

8.4 递归函数的设计与调用

函数的嵌套调用：
函数中的语句可以是对另一个函数的调用。
函数嵌套调用的过程如图所示：
嵌套调用属于一种线性调用关系，函数执行完成后，返回到原调用点，继续执行函数调用下面的语句。
函数的递归调用
两种递归形式：直接递归调用和间接递归调用。
①直接递归调用
直接递归：
函数直接调用自身函数。
②间接递归调用
间接递归：
函数互相调用对方函数。
递归形式：

可能出现的陷阱
递归调用陷入无限递归状态。
递归的限制
并不是所有的问题都可以设计成递归函数。为了避免错误的发生，对于递归函数的设计，有严格的数学模型。
递归函数的条件
递归函数模型在数学上必须具备以下两个条件。
①问题的后一部分与原始问题类似。
②问题的后一部分是原始问题的简化。
难点
递归函数设计的难点是建立问题的数学模型，有了正确的递归数学模型，很容易写出递归函数。

【例8.5】用递归的方法求n!。

#include<stdio.h>
int main()
{long fac(int n);       //fac函数声明int n;long y;printf("please enter an integer number:");scanf("%d",&n); //输入要求阶乘的函数y=fac(n);printf("%d!=%d\n",n,y);return 0;
}
long  fac(int n)            //定义fac函数
{long f;if(n<0)                  //n<0，无解printf("n<0,data error!");else if(n==0||n==1)f=1;               //递归终止条件elsef=fac(n-1)*n;      //递归关系return(f);
}

【例8.4】有5个学生坐在一起，问第5个学生多大？他说比第4个学生打2岁。问第4个学生岁数，他说比第3个学生大2岁。问第3个学生，又说比第2个学生大2岁。问第2个学生，说第1个学生大2岁。最后问第1个学生，他说是10岁。请问第5个学生多大？

#include<stdio.h>
int main()
{int age(int n);            //对age函数的声明printf("The age of 5th student is %d\n",age(5));return 0;
}
int age(int n)              //定义递归函数
{int c;                 //c是存放函数的返回值的变量if(n==1)c=10;             //递归结束条件elsec=age(n-1)+2;     //递归公式，c的值是前面一个人的年龄加2return(c);
}

注意分析递归的终止条件

8.5 预处理

预处理的作用：
向编译系统发布信息或命令，告诉编译系统在对源程序进行编译之前应做些什么事。
所有编译预处理都是以”#“开头，单占源程序的一行，放在源程序的首部。
编译预处理不是C语句，行末不必加分号。
C语言提供预处理指令主要有3种。宏定义、文件包含和条件编译。

8.5.1宏定义

两种宏定义：不带参数的宏和带参数的宏。
宏定义的作用：简化程序的书写。

1.不带参数的宏

定义形式：#define 宏名字符串

说明：
①define是关键字，表示宏定义。
②宏名用标识符表示，为区别于变量，宏名一般才用大写字母。如：#define PI 3.14159
③宏的作用：将程序中的宏定义用字符串替换。
④宏名的有效范围是从定义命令之后，直到源程序文件结束，或遇到宏定义终止命令#undef为止。

2.带参数的宏

定义形式：#define 宏名(参数表) 字符串

说明：
①字符串包含有参数表中的参数。
②宏替换时，将字符串中的参数用实参表中的实参替换。
【例8.6】阅读程序，了解带参数的宏定义的作用。分析程序运行的结果。

/*example了解带参数的宏定义的作用*/
#include<stdio.h>
#define F(a)(a)*b
main()
{int x,y,b,z;printf("Please enter the value of x,y:\n");scanf("%d%d",&x,&y);        //如果%d%d中间没有任何字符，输入时加空格，如果中间有逗号，输入的时候也加逗号b=x+y;z=F(x+y);printf("b=%d\nF(x+y)=%d\n",b,z);
}

特别提示：
有参数的宏定义与函数是完全不同的两个概念
【例8.6】Hanoi（汉诺）塔问题。古代有一个梵塔，塔内有3个座A,B,C，开始时A座上有64个盘子，盘子大小不等，大的在下，小的在上（见图6.10）。有一个老和尚想把这64个盘子从A座移到C座，但规定每次只允许移动一个盘子，且在移动的过程中在3个坐上始终保持大盘在下，小盘在上。在移动的过程中可以利用B座，要求编程序输出移动的步骤。

解题思路：
老和尚会这样想：假如有另外一个和尚能有办法将上面63个盘子从一个座移到另一个座。那么，问题就解决了。此时老和尚只须这样做：
①命令第2个和尚将63个盘子从A座移到B座；
②自己将1个盘子（最底下的、最大的盘子）从A座移到C座；
③再命令第2个和尚将63个盘子从B座移到C座。
第二个和尚又想：如果有人能将62个盘子从一个座移到另一个座。我就能将63个盘子从A座移到B座，他是这样做的：
①命令第3个和尚将62个盘子从A座移到B座；
②自己将1个盘子从A座移到B座；
③再命令第2个和尚将62个盘子从C座移到B座。

解题思路
为了便于理解，先分析将A座上3个盘子移到C座上的过程：
①将A座上2个盘子移到B座上（借助C座）。
②将A座上1个盘子移到C座上。
③将B座上2个盘子移到C座上（借助A座）。
其中第②步可以直接实现。第①步又可用递归方法分解为：

将A座上1个盘子从A座移到C座；
将A座上1个盘子从A座移到B座；
将C座上1个盘子从C座移到B座。

第③步可以分解为：

将B座上1个盘子从B座移到C座上；
将B座上1个盘子从B座移到C座上；
将A座上1个盘子从A座移到C座上。
将以上综合起来可得到移动3个盘子的步骤为：
A→C，A→B，C→B，A→C，B→A，B→C，A→C。
共经历7步。由此可推出;移动n个盘子要经历（2ⁿ -1）步。

由上面的分析可知：将n个盘子从A座移到C座可以分解为以下3个步骤：
①将A座上n=1个盘子借助C座先移到B座上；
②把A座剩下的一个盘移到C座上；
③将n-1个盘从B座借助于A座移到C座上。
上面第①步和第③步，都是把n-1个盘子从一个座移到另一个座上，采取的办法是一样的，只是座名字不同而已。为使之一般化，可以将第①步和第③步表示为：
将one座上n-1个盘子移到two座（借助three座）。只是在第①步和第②步中，one,two,three和A，B，C的对应关系不同。
因此，可以把上面3个步骤分成两类操作：
①将n-1个盘从一个座移到另一个座上（n>1）。这就是大和尚和小和尚做的工作，它是一个递归的过程，即和尚将任务层层下放，直到第64个和尚为止。——Hanoi函数。
②将1个盘子从一个座上移到另一个座上。这就是大和尚自己做的工作。——move函数

#include<stdio.h>
int main()
{void hanoi(int n,char one,char two,char three);//对hanoi函数的声明int m;printf("intput the number of diskes:");scanf("%d",&m);printf("The step to move %d diskes:\n",m);hanoi(m,'A','B','C');
}
void hanoi(int n,char one,char two,char three)//定义hanoi函数
//将n个盘子从one座借助two座，移到three座
{void move(char x,char y);  //对move函数的声明if(n==1)move(one,three);      //如果只有一个盘子就直接移到即可else{hanoi(n-1,one,three,two); //递归调用Hanoi函数move(one,three);           //直接移动一个盘子hanoi(n-1,two,one,three); //递归调用hanoi函数}
}
void move(char x,char y)            //定义move函数
{printf("%c->%c\n",x,y);           //输出移动的步骤
}

把函数当前的各项值压入栈，，根据原语句开辟一个新的hanoi函数，假如新函数运行完，则从栈中取出上一个函数的各项值继续运行
在本程序中，调用递归函数hanoi，其终止条件为hanoi函数的参数n的值等于1。显然，此时不必再调用hanoi函数了，直接执行move函数即可。
在本程序中move函数并未真正移到盘子，而只是输出移盘的方案（表示从哪一个座移到哪一个座）。

仅供参考，部分内容，详细看B站

8.5.2 文件包含

将另一个文件的全部内容包含到程序中，编译时，用包含文件的内容取代该预处理命令。
文件包含命令的一般形式：
#include<包含文件名>或：#include"包含文件名"
注意：
①include是命令关键字，一个include命令只能包含一个文件。
②<>表示被包含文件在标准目录（include）中。
③" “表示被包含文件在指定的目录中，若只有文件名不带路径，则在当前目录中，若找不到，再到
④包含文件名可以是.c源文件或.h头文件。如：
#include<stdio.h>
#include"myhead.h”
include"D:\myexam\myfile.c"
文件包含的作用：
①将多个源文件拼接在一起。
如：有文件file2.c，其内容都是自定义的函数
另有文件file1.c，该文件有main函数
如果在file1.c程序中要调用file2.c中的函数，可采用文件包含的形式：#include"file2.c"
②在对file1.c进行编译时，系统会用file2.c的内容替换掉文件包含命令#include"file2.c"，然后再对其进行编译。
③要注意区分外部函数与文件包含的区别。
它们都是可以在某个程序中用另一个文件中的函数，但使用的方法有所不同。

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第八章函数与宏定义

8.1函数的概念

8.1.1 函数的定义

8.1.2 函数的声明和调用

8.1.3 函数的传值方式

8.2 变量的作用域和存储类型

8.3 内部函数和外部函数

8.4 递归函数的设计与调用

8.5 预处理

8.5.1宏定义

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8.3 内部函数和外部函数

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