C语言学习NO.7-函数（一）

一、函数的概念

C语言中引入的函数（function），用子程序称呼更加准确一些。

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，而且相较于其他代码，具备相对的独立性。这段代码是有特殊的写法和调用方法的。

一般会有输入参数并有返回值，提供对过程的封装和细节的隐藏，这些代码通常被记为软件库。

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成若干个较小的函数（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，这个函数也是可以重复使用的，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

二、库函数

（一）标准库和头文件

• C语言并不提供库函数，C语言标准中规定了C语言的各种语法规则，C语言的国际标准ANSI C规定了一些常用函数的标准，被称为标准库，那不同的编译器厂商根据ANSI提供的C语言标准就给出了一系列函数的实现，这些函数被称为库函数。
• 各种编译器的标准库中提供一系列的库函数，这些库函数根据功能的划分，都在不同的头文件中进行了声明。
• 库函数相关头文件：C 标准库头文件 - cppreference.com

（二）库函数的使用方法

C/C++官方的链接：https://zh.cppreference.com/w/c/header

cplusplus.com：https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/

举例：sqrt

#include <math.h>//头文件

double sqrt (double x);
//sqrt是函数名，开平方
//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


//sqrt   -Compute square root 计算平方根

库函数文档的一般格式：

• 函数原型
• 函数功能介绍
• 参数和返回类型说明
• 代码举例
• 代码输出
• 相关知识链接

三、自定义函数

（一）函数的语法形式

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
• {}括起来的是函数体

• 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 ，表示什么都不返回；
• fun_name 是为了方便使用函数，所以函数名尽量要根据函数的功能起的有意义，方便调用；
• 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。

（二）函数的举例

写一个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

#include <stdio.h>
int Add(int x,int y)//函数Add需要接受2个整型类型的参数
{
    int z = 0;
    z = x + y;
	return z;//函数计算的结果也是整型
}

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;
}

函数Add还可以简化为

int Add(int x,int y)//函数Add需要接受2个整型类型的参数
{
	return x + y;//函数计算的结果也是整型
}

四、形参和实参

（一）形参

在上面代码中，第2行定义函数的时候，在函数名Add后的括号中写的x和y称为形式参数，简称形参。

为什么叫形式参数呢?实际上，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只是形式上存在的，不会向内存申请空间，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为了存放实参传递过来的值，才向内存申请空间，这个过程就是形式的实例化。

（二）实参

在上面代码中，第2-7行是Add函数的定义，有了函数后，在第17行调用Add函数的。我们把第17行调用Add函数时，传递给函数的参数a和b，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。

（三）实参和形参的关系

将代码调试演示：

在调试中可以观察到，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，所以我们可以理解为形参是实参的一份临时拷贝。

五、函数的调用：

（一）传值调用

函数的形参和实参分别占有不同内存块，对形参的修改不会影响实参。

（二）传址调用

传址调用是把函数外部创建变量的内存地址传递给函数参数的一种调用函数的方式。

这种传参方式可以让函数和函数外边的变量建立起真正的联系，也就是函数内部可以直接操 作函数外部的变量。

六、return语句

在函数的设计中，函数中经常会出现return语句，这里讲一下return语句使用的注意事项。

? return后边可以是一个数值，也可以是一个表达式，如果是表达式则先执行表达式，再返回表达式的结果；

? 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

七、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，全部置为-1，再写一个函数打印数组的内容。简单思考一下，基本的形式应该是这样的：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int arr[]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    set_arr();//设置数组内容为-1
    printf_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，同时函数内部在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。所以我们需要给set_arr传递2个参数，一个是数组，另外一个是数组的元素个数。仔细分析print_arr也是一样的，只有拿到了数组和元素个数，才能遍历打印数组的每个元素。

#include <stdio.h>

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

数组作为参数传递给了set_arr和print_arr函数了，那这两个函数应该如何设计呢？

这里我们需要知道数组传参的几个重点知识：

? 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

? 形参如果是一维数组，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同一个数组

根据上述信息，可以实现这两个函数：

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

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

八、嵌套调用和链式访问

(一)嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用，每个函数就行一个乐高零件，正是因为多个乐高的零件互相无缝的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，最后写出来了相对大型的程序。

假设我们计算某年某月有多少天？如果要函数实现，可以设计2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

int is_leap_year(int y)
{
	if(((y%4 == 0) && (y%100 != 0)) || (y%400 == 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 y = 0;
    int m = 0;
    scanf("%d %d",&y,&m);
    int d = get_days_of_month(y,m);
    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。

（二）链式访问

所谓链式访问就是将一个函数的返回值作为另外一个函数的参数，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");//strlen求一个字符串的长度
    printf("%d\n",len);//打印长度
    return 0;
}

前面的代码完成动作写了两条语句，如果八strlen的返回值直接作为printf函数的参数呢？这样就是一个链式访问的例子

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%d\n", strlen("abcdef"));//链式访问
    return 0;
}

再看一个有趣的代码，下面代码执行结果是什么呢？

#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函数的返回是啥？

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

printf函数返回的是打印在屏幕上的字符的个数。

上面的例子中，就第一个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；

座椅屏幕上最终打印4321

九、函数的声明和定义

（一）单个文件

一般在使用函数的时候，直接将函数写出来就使用了。

比如：我们要写一个函数判断一年是否是闰年。

#include <stdio.h>

//判断一年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
    if(((y%4 == 0) && (y%100 != 0)) || (y%400 == 0))
        return 1;
    else
        return 0;
}//以上部分是函数的定义

int main()
{
    int y = 0;
    scanf("%d",&y);
    int r = is_leap_year(y);//函数的调用
    if(r == 1)
        printf("闰年\n");
    else
        printf("非闰年\n");
    return 0;
}

这种场景下是函数的定义在函数调用之前。

那如果将函数的定义放在函数的调用后边，如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int y = 0;
    scanf("%d",&y);
    int r = is_leap_year(y);//函数的调用
    if(r == 1)
        printf("闰年\n");
    else
        printf("非闰年\n");
    return 0;
}

//判断一年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
    if(((y%4 == 0) && (y%100 != 0)) || (y%400 == 0))
        return 1;
    else
        return 0;
}//以上部分是函数的定义

这个代码在VS2022上变异，会出现下列的警告信息：

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，当遇到第7行的is_leap_year函数调用的时候，并没有发现前面有is_leap_year的定义，就报出了上述的警告。

把怎么解决这个问题呢？就是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：int is_leap_year(int y)；这就是函数声明，函数声明中参数只保留类型，省略掉名字也是可以的。

代码变成这样就能正常编译了。

#include <stdio.h>

int is_leap_year(int y);//函数生命

int main()
{
    int y = 0;
    scanf("%d",&y);
    int r = is_leap_year(y);//函数的调用
    if(r == 1)
        printf("闰年\n");
    else
        printf("非闰年\n");
    return 0;
}

//判断一年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
    if(((y%4 == 0) && (y%100 != 0)) || (y%400 == 0))
        return 1;
    else
        return 0;
}//以上部分是函数的定义

函数的调用一定要满足，先声明后使用；

函数的定义也是一种特殊的声明，所以如多函数定义放在调用之前也是可以的。

（二）多个文件

一般在企业中我们写代码时候，代码可能比较多，不会将所有的代码都放在一个文件中；我们往往会根据程序的功能，将代码拆分放在多个文件中。

一般情况下，函数的声明、类型的声明放在头文件（.h）中，函数的实现是放在源文件（.c）文件中。

如下：add.c

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

add.h

//函数的声明
int Add(int x,int y)；

tset.c

#include <stdio.h>

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

    //函数调用
    int c = Add(a, b);
    printf("%d\n",c);
    return 0;
}

有了函数声明和函数定义的理解，我们写代码就更加方便了。