C语言函数

1.函数的概念

数学中我们其实就见过函数的概念，比如：一次函数y=kx+b,k和b都是常数，给一个任意的x，就得到一个y值。
其实在C语言也引入**函数（function）**的概念，有些翻译为：子程序，子程序这种翻译更加准确一些。C语言中的函数就是一个完成某项特定的任务的一小段代码。这段代码是有特殊的写法和调用方法的。
C语言的程序其实是由无数个小的函数组合而成的，也可以说：一个大的计算任务可以分解若干个较小的函数（对应较小的任务）完成。同时一个函数如果能完成某项特定任务的话，这个函数也可以复用的，提升了开发软件的效率。
在C语言中我们一般会见到两类函数：

• 库函数
• 自定义函数

2.库函数

2.1 标准库和头文件

前面用到的printf、scanf都是库函数，库函数也是函数，不过已经是现成的，只要学会就直接直接使用。有了库函数一定程度提升了效率。

2.2 库函数的使用方法

库函数的学习和查看工具有很多，比如：
C/C++官方的连接：https://zh.cppreference.com/w/c/header
cplusplus.com:https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/
举例：sqrt

double sqrt(double x);
// sqrt是函数名
// x 是函数的参数，表示调用sqrt函数需要传递一个double类型的值
// double 是返回值类型 - 表示函数计算的结果是double类型的值

2.2.1 功能

Compute square root计算平方根
Returns the square root of x.（返回平方根）

2.2.2 头文件包含

库函数是在标准库中对应的头文件中声明的，所以库函数的使用，务必包含对应的头文件，不包含可能会出现一些问题。

2.2.3 实践

#include<stdio.h>
#include<math.h>

int main()
{
	double d = 16.0;
	double r = sqrt(d);
	printf("%lf\n", r);
	return 0;
}

运行结果：

2.2.4 库函数文档的一般格式

1. 函数原型
2. 函数功能介绍
3. 参数和返回类型说明
4. 代码举例
5. 代码输出
6. 相关知识链接

3.自定义函数

了解了库函数，我们的关注度应该聚焦在自定义函数上， 自定义函数其实更加重要。

3.1 函数的语法形式

其实自定义函数和库函数是一样的，形式如下：

ret_type fun_name(形式参数)
{

}

• ret_type 是函数返回类型
• fun_name 是函数名
• 括号中放的是形式参数
• {}括号起来的是函数体
  
  我们可以把函数想象成小心的一个加工厂，工厂得输入原材料，经过工厂加工才能生产出产品，那函数也是一样的，函数一般会输入一些值（可以是0个，也可以是多个），经过函数内的计算，得出结果。
• ret_type 是用来表示函数计算结果的类型，有时候返回类型可以是void，表示说明都不返回
• fun_name是为了方便使用函数；就像人的名字一样，有了名字方便称呼，函数有了名字方便调用，所以函数名尽量要根据函数的功能起的有意义。
• 函数的参数就相当于，工厂中送进去的原材料，函数的参数也可以是void，明确表示函数没有参数，如果有参数，要交代清楚参数的类型和名字，以及参数个数。
• {}括起来的部分被称为函数体，函数体就是完成计算的过程。

3.2 函数的举例

举个例子：
写一个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;

	//输入
	scanf("%d %d", &a, &b);
	//调用加法函数，完成a和b的相加
	//求和的结果放在r中

	//输出
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

我们根据要完成的功能，给函数取名：Add，函数Add需要接收2个整型类型的参数，函数计算的结果也是整型。
所以根据上述的分析写出函数：

#include<stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z = x + y;
	return z;
}

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;

	//输入
	scanf("%d %d", &a, &b);
	//调用加法函数，完成a和b的相加
	//求和的结果放在r中
	int r = Add(a, b);
	//输出
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

Add函数也可以简化为：

int Add(int x, int y)
{
	return x+y;
}

函数的参数部分需要交代清楚：参数个数，每个参数的类型是什么，形参的名字叫什么。
上面只是一个例子，未来根据实际需要来设计函数、函数名、参数、返回类型都可以灵活变化的。

4.形参和实参

在函数使用的过程中，把函数的参数分为，实参和形参。

4.1 实参

在上面代码中，第3~9行是Add函数的定义，有了函数后，在第20行调用Add函数。
把第20行调用Add函数时，传递给函数的参数a和b，被称为实际参数，简称实参。
实际参数就是真实传递给函数的参数。

4.2 形参

在上面代码中，第3行定义函数的时候，在函数名Add后的括号中写x和y，称为形式参数，简称形参。
如果只是定义了Add函数，而不去调用的话，Add函数的参数x和y只是形式上存在，不会想内存申请空间，不会真实存在的，所以叫形式参数。形式参数只有在函数被调用的过程中未来存放实参传递过来的值，才向内存申请空间，这个过程就是形参的实列化。

4.3 实参和形参的关系

虽然实参时传递给形参的，他们之间是由联系的，但是形参个实参各自是独立的内存空间。
这个现象是可以通过调试来观察的。
在调式的时候可以观察到，x和y确实得到了a和b的值，但是x和y的地址和a和b的地址是不一样的，所以可以理解为形参是实参的一份临时拷贝。

5.return 语句

在函数的设计中，函数中经常会出现return语句，return语句使用的注意事项如下：

• return后边可以是一个数值，也可以是一个表达式，如果表达式则先执行表达式，在返回表达式的结果。
• return后边也可以什么都没有，直接写return；这种写法适合函数返回类型是void的情况。
• return返回的值和函数返回类型不一致，系统会自动将返回的值隐式转换为函数的返回类型。
• return 语句执行后，函数就彻底返回，后边的代码不再执行。
• 如果函数中存在if等分支的语句，则要保证每种情况下都有return返回，否则会出现编译错误。

6.数组做函数参数

在使用函数解决问题的时候，难免会将数组作为参数传递给函数，在函数内部对数组进行操作。
比如：写一个函数对将一个整型数组的内容，全面置为-1，再写一个函数打印数组的内容。
简单思考一下，基本形式应该是：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	set_arr();	//设置数组内容为-1
	print_arr(); //打印数组内容
	return 0;
}

这里的set_arr函数要能够对数组内容进行设置，就得把数组作为参数传递给函数，同时函数内部再设置数组每个元素的时候，也得遍历数组，需要知道数组的元素个数。使用需要给set_arr传递两个参数，一个是数组，另一个是数组的元素个数。分析print_arr也是一样，只有拿到数组和元素个数，才能遍历打印数组的每个元素。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int sz = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);
	set_arr(arr1,sz);	//设置数组内容为-1
	print_arr(arr1,sz); //打印数组内容
	return 0;
}

是一种作为参数传递给力set_arr和print_arr函数，需要知道数组传参的几个重要知识：

• 函数的形式参数要和函数的实参个数匹配
• 函数的实参是数组，形参也是可以写成数组形式的
• 形参如果如果是以为数组，数组大小可以省略不写
• 形参如果是二维数组，行可以省略，但是列不能省略
• 数组传参，形参是不会创建新的数组的
• 形参操作的数组和实参的数组是用一个数组
  根据上述信息，我们就可以实现这两个函数

void set_arr(int arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		arr[i] = -1;
	}
}

void print_arr(int arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

7.嵌套调用和链式访问

7.1嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用，每个函数就像一个乐高零件，正是因为多个乐高零件混淆无缝配合才能搭建出精美的乐高玩具，也正是因为函数之间有效的互相调用，最好写出来了相对大型的程序。
假设计算某年某月有多少天？想用函数实现，可以设计两个函数：

• is_leap_year():根据年份确定是否是闰年
• get_days_of_month():调用is_leap_year()确定是否是闰年后，再根据月计算这个月的天数

#include<stdio.h>

int is_leap_year(int year)
{
	if ((year % 400 == 0 )||(( year % 4 == 0 )&&( year % 100 != 0)))
		return 1;
	else
		return 0;
}
int get_days_of_month(int y,int m)
{
	int days[] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
	int day = days[m];
	if (is_leap_year(y) && m == 2)
		day += 1;
	return day;
}

int main()
{
	int year, month;
	scanf("%d%d", &year,&month);
	int d = get_days_of_month(year, month);
	printf("%d\n", d);
	return 0;
}

这一段代码，完成了一个独立的功能。代码中反应了不少的函数调用：

• main函数调用scanf、printf、get_days_of_month
• get_days_of_month函数调用is_leap_year
  未来的稍微大一些代码都是函数之间的嵌套调用，但是函数是不能嵌套定义的。

7.2链式访问

所谓链式访问就是将一个函数的返回值作为另一个函数的参数，像链条一样将函数串起来就是函数的链式访问。
比如：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int len = strlen("abcdef");//1.strlen求一个字符串的长度
	printf("%d\n", len);//2.打印长度
	return 0;
}

前面的代码完成动众写了2条语句，如果把strlen的返回值直接作为printf函数的参数，这样就是一个链式访问的例子了

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("%d\n", strlen("abcdef"));//链式访问
	return 0;
}

看一个有趣的代码，下面执行的结果是什么

#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
	return 0;
}

这个代码的关键是明白printf函数返回什么

int printf ( const char * format, ... );

printf函数返回的是打印再屏幕上的字符的个数。
上面的例子中，第一个printf打印的是第二个printf的返回值，第二个printf打印的是第三个printf的返回值。
第三个printf打印43，在屏幕上打印2个字符，再返回2
第二个printf打印2，在屏幕上打印1个字符，再返回1
第一个printf打印1
所以屏幕上最终打印：4321

8.函数的声明个定义

8.1单个文件

一般在使用函数的时候们直接将函数写出来就使用了。
比如：一个函数判断一年是否为闰年。
上面代码中橙色的部分是函数的定义，绿色部分是函数的调用。
这种场景下是函数的定义在函数调用之前，没啥问题。
那如果将函数的定义放在函数的调用后边，如下：
这个代码在VS2022上编译，会出现下面的警告信息：
这是因为C语言编译器对源代码进行编译的时候，从第一行往下扫描的，当遇到is_leap_year函数调用的时候，并没有发现前面有is_leap_year的定义，就爆出来上述的警告。
为了解决这个问题，可以在函数调用之前先声明一下is_leap_year这个函数，声明函数只要交代清楚：函数名，函数的返回类型和函数的参数。
如：is_leap_year(int y);这就是函数声明，函数声明中参数值保留类型，省略掉名字也是可以的。
代码变成这样就能正常编译了。
函数的调用一定满足，先声明后使用；
函数定义也是一种特殊声明，所以如果函数定义放在调用之前也是可以的。

8.2多个文件

写代码时候，代码可能比较多，不会讲所以的代码都放在一个文件中；往往会根据程序的功能，讲代码分放在多个文件中。
一般情况下，函数的声明、类型的省放在头文件(.h)中，函数的实现是放在源文件（.c）中。
如下：
add.c

//函数的定义
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

add.h

//函数声明
int Add(int x, int y);

test.c

#include<stdio.h>
#include "add.h"
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//函数调用
	int c = Add(a, b);
	printf("%d\n", c);
	return 0;
}

运行结果：
有了函数声明和函数定义的理解，写代码时就更方便了。

8.3static和extern

static和extern都是C语言中的关键字。
static是静态的的意思，可以用来：

1. 修饰局部变量
2. 修饰全局变量
3. 修饰函数

extern是用来声明外部符号的。
在讲解static和extern之前再讲一下：作用域和生命周期。
作用域scope是程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效（可用）的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

1. 局部变量的作用域是变量所在的局部范围。
2. 全局变量的作用域是整个工程（项目）。

生命周期指的是变量的创建（申请内存）到变量的销毁（收回内存）之间的一个时间段。

1. 局部变量的生命周期是：进入作用域变量创建，生命周期开始，出作用域生命周期结束。
2. 全局变量的生命周期是：整个程序的声明周期。
   

对比代码1和代码2的效果，理解static修饰局部变量的意义。
代码1的test函数中的局部变量i是每次进入test函数先创建变量（生命周期开始）并赋值为0，然后++，再打印，出函数的时候变量生命周期将要结束（释放内存）。
代码2中，我们从输出的结果来看，i的值是有累加的效果，其实test函数中的i创建好后，出函数的时候是不会销毁的，重新进入函数页就奴会重新创建变量，直接上次累计的数值继续计算。
结论：static修饰局部变量改变了变量的生命周期，生命周期改变的本质是改变了变量的存储类型，本来一个局部变量是存储在内存的栈区的，但是被static修饰后存储到了静态区。存储在静态区的变量和全局变量是一样的，生命周期和程序的生命周期一样了，只有程序结束，变量才销毁，内存才回收。但是作用域不变的。
使用建议：未来一个变量出了函数后，我们还想保留值，等下次进入函数继续使用，就可以使用static修饰。

8.3.2 static修饰全局变量

代码1
add.c

int g_val = 2018;

test.c

#include<stdio.h>
extern int g_val;
int main()
{
	printf("%d\n", g_val);
	return 0;
}

代码2
add.c

static int g_val = 2018;

test.c

#include<stdio.h>
extern int g_val;
int main()
{
	printf("%d\n", g_val);
	return 0;
}

extern是用来声明外部符号的，如果一个全局的符号在A文件中定义的，，在B文件中想使用，就可以使用extern进行声明，然后使用。
代码1正常，代码2在编译的时候会出现连接性错误。
结论：
一个全局变量被static修饰，使得这个全局变量只能在本源文件内使用，不能在其他源文件内使用。
本质原因是全局变量默认是具有外部链接属性的，在外部的文件中想使用，只要适当的声明就可以使用；但是全局变量被static修饰之后，外部链接属性就变成了内部链接属性，只能在自己所在的源文件内部使用，其他源文件即使声明了，也是无法正常使用的。
使用建议：如果一个全局变量，只想在所在的源文件内部使用，不想被其他文件发现，就可以使用static修饰。

8.3.3 static修饰函数

代码1
add.c

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

test.c

#include<stdio.h>
extern int Add(int x, int y);
int main()
{
	printf("%d\n", Add(2, 3));
	return 0;
}

代码2
add.c

static int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

test.c

#include<stdio.h>
extern int Add(int x, int y);
int main()
{
	printf("%d\n", Add(2, 3));
	return 0;
}

代码1是能够正常运行的，但是代码2就出现了链接错误。
其实static修饰函数和static修饰全局变量是一模一样的，一个函数在整个工程都可以使用，被static修饰后，只能在本文件内使用，其他文件无法正常的链接使用了。
本质是因为函数默认是具有外部链接属性，具有外部链接属性，使得函数在整个工程中要适当的声明就可以被使用。但是被static修饰后变成了内部链接属性，使得函数只能在自己所在源文件内部使用。
使用建议：一个函数只想在所在的源文件内部使用，不想被其他源文件使用，就可以使用static修饰。