学习 C/C++ 资料（基础知识三-函数）

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今天学习C语言中的函数

C 函数

函数是一组一起执行一个任务的语句。每个 C 程序都至少有一个函数，即主函数 main() ，所有简单的程序都可以定义其他额外的函数。

您可以把代码划分到不同的函数中。如何划分代码到不同的函数中是由您来决定的，但在逻辑上，划分通常是根据每个函数执行一个特定的任务来进行的。

函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体。

C 标准库提供了大量的程序可以调用的内置函数。例如，函数 strcat() 用来连接两个字符串，函数 memcpy() 用来复制内存到另一个位置。

函数还有很多叫法，比如方法、子例程或程序，等等。

定义函数

C 语言中的函数定义的一般形式如下：

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return_type function_name( parameter list )
{
   body of the function
}

在 C 语言中，函数由一个函数头和一个函数主体组成。下面列出一个函数的所有组成部分：

  • 返回类型：一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值，在这种情况下，return_type 是关键字 void。
  • 函数名称：这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
  • 参数：参数就像是占位符。当函数被调用时，您向参数传递一个值，这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的，也就是说，函数可能不包含参数。
  • 函数主体：函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。

以下是 max() 函数的源代码。该函数有两个参数 num1 和 num2，会返回这两个数中较大的那个数：

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/* 函数返回两个数中较大的那个数 */
int max(int num1, int num2) 
{
   /* 局部变量声明 */
   int result;
 
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

函数声明

函数声明会告诉编译器函数名称及如何调用函数。函数的实际主体可以单独定义。

函数声明包括以下几个部分：

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return_type function_name( parameter list );

针对上面定义的函数 max()，以下是函数声明：

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int max(int num1, int num2);

在函数声明中，参数的名称并不重要，只有参数的类型是必需的，因此下面也是有效的声明：

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int max(int, int);

当您在一个源文件中定义函数且在另一个文件中调用函数时，函数声明是必需的。在这种情况下，您应该在调用函数的文件顶部声明函数。

调用函数

创建 C 函数时，会定义函数做什么，然后通过调用函数来完成已定义的任务。

当程序调用函数时，程序控制权会转移给被调用的函数。被调用的函数执行已定义的任务，当函数的返回语句被执行时，或到达函数的结束括号时，会把程序控制权交还给主程序。

调用函数时，传递所需参数，如果函数返回一个值，则可以存储返回值。例如：

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#include <stdio.h>
 
/* 函数声明 */
int max(int num1, int num2);
 
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
   int ret;
 
   /* 调用函数来获取最大值 */
   ret = max(a, b);
 
   printf( "Max value is : %d\n", ret );
 
   return 0;
}
 
/* 函数返回两个数中较大的那个数 */
int max(int num1, int num2) 
{
   /* 局部变量声明 */
   int result;
 
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

把 max() 函数和 main() 函数放一块，编译源代码。当运行最后的可执行文件时，会产生下列结果：

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Max value is : 200

函数参数

如果函数要使用参数，则必须声明接受参数值的变量。这些变量称为函数的形式参数。

形式参数就像函数内的其他局部变量，在进入函数时被创建，退出函数时被销毁。

当调用函数时，有两种向函数传递参数的方式：

调用类型 描述
传值调用 该方法把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数不会影响实际参数。
引用调用 通过指针传递方式，形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。

默认情况下，C 使用传值调用来传递参数。一般来说，这意味着函数内的代码不能改变用于调用函数的实际参数。

C 传值方式调用函数

向函数传递参数的传值调用方法，把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数不会影响实际参数。

默认情况下，C 语言使用传值调用方法来传递参数。一般来说，这意味着函数内的代码不会改变用于调用函数的实际参数。函数 swap() 定义如下：

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/* 函数定义 */
void swap(int x, int y)
{
   int temp;

   temp = x; /* 保存 x 的值 */
   x = y;    /* 把 y 赋值给 x */
   y = temp; /* 把 temp 赋值给 y */
  
   return;
}

现在，让我们通过传递实际参数来调用函数 swap()：

实例

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#include <stdio.h>
 
/* 函数声明 */
void swap(int x, int y);
 
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   printf("交换前，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换前，b 的值： %d\n", b );
 
   /* 调用函数来交换值 */
   swap(a, b);
 
   printf("交换后，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换后，b 的值： %d\n", b );
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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交换前，a 的值： 100
交换前，b 的值： 200
交换后，a 的值： 100
交换后，b 的值： 200

上面的实例表明了，虽然在函数内改变了 a 和 b 的值，但是实际上 a 和 b 的值没有发生变化。

C 引用方式调用函数

通过引用传递方式，形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。

传递指针可以让多个函数访问指针所引用的对象，而不用把对象声明为全局可访问。

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/* 函数定义 */
void swap(int *x, int *y)
{
   int temp;
   temp = *x;    /* 保存地址 x 的值 */
   *x = *y;      /* 把 y 赋值给 x */
   *y = temp;    /* 把 temp 赋值给 y */
  
   return;
}

现在，让我们通过引用传值来调用函数 swap()：

实例

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#include <stdio.h>
 
/* 函数声明 */
void swap(int *x, int *y);
 
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   printf("交换前，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换前，b 的值： %d\n", b );
 
   /* 调用函数来交换值    * &a 表示指向 a 的指针，即变量 a 的地址    * &b 表示指向 b 的指针，即变量 b 的地址   */
   swap(&a, &b);
 
   printf("交换后，a 的值： %d\n", a );
   printf("交换后，b 的值： %d\n", b );
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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交换前，a 的值： 100
交换前，b 的值： 200
交换后，a 的值： 200
交换后，b 的值： 100

上面的实例表明了，与传值调用不同，引用调用在函数内改变了 a 和 b 的值，实际上也改变了函数外 a 和 b 的值。

函数（学习总结）

根据函数能否被其他源文件调用，将函数区分为内部函数和外部函数。

内部函数

如果一个函数只能被本文件中其他函数所调用，它称为内部函数。在定义内部函数时，在函数名和函数类型的前面加 static，即

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static 类型名 函数名 （形参表）

例如，函数的首行：

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static int max(int a,int b)

内部函数又称静态函数。使用内部函数，可以使函数的作用域只局限于所在文件。即使在不同的文件中有同名的内部函数，也互不干扰。提高了程序的可靠性。

外部函数

如果在定义函数时，在函数的首部的最左端加关键字 extern，则此函数是外部函数，可供其它文件调用。

如函数首部可以为

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extern int max (int a,int b)

C 语言规定，如果在定义函数时省略 extern，则默认为外部函数。

在需要调用此函数的其他文件中，需要对此函数作声明（不要忘记，即使在本文件中调用一个函数，也要用函数原型来声明）。在对此函数作声明时，要加关键字 extern，表示该函数是在其他文件中定义的外部函数。

以下实例通过多个文件的函数实现输入一串字符串，然后删除指定的字符：

file1.c(文件1)

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#include <stdio.h>

static void delete_string(char str[],char ch);
int main()
{
    extern void enter(char str[]); // 对函数的声明
    extern void print(char str[]); // 对函数的声明
    char c,str[100];
    enter(str);
    scanf("%c",&c);
    delete_string(str,c);
    print(str);
    return 0;
}

static void delete_string(char str[],char ch)//内部函数
{
    int i,j;
    for(i=j=0;str[i]!='\0';i++)
    if(str[i]!=ch)
    str[j++]=str[i];
    str[j]='\0';
}

file2.c(文件2)

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#include <stdio.h>

void enter(char str[100]) // 定义外部函数 enter
{
    fgets(str, 100, stdin); // 向字符数组输入字符串
}

file3.c(文件3)

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#include <stdio.h>

void print(char str[]) // 定义外部函数 print
{
    printf("%s\n",str);
}

输入字符串”abcdef”，给字符数组 str，在输入要删去的字符’d’。 运行结果:

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$ gcc file1.c file2.c file3.c 
$ ./a.out
abcdef                   # 输入的字符串
d                        # 要删除的字符
abcef                    # 删除后的字符串

函数参数传递常用的三种方式

示例程序均以交换两个整数为例。

1. 值传递

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#include <stdio.h>

void swap(int x, int y);
void swap(int x, int y)
{
    int temp;
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    int a = 5;
    int b = 10;
    swap(a, b); //调用交换函数
    printf("交换结果为 a = %d, b = %d\n",a,b);
    return 0;
}

由于值传递是单向传递，传递过程中只是改变了形参的数值，并未改变实参的数值，因此并不会改变a和b原有的值。

2. 指针传递

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#include <stdio.h>

void swap(int *x, int *y);
void swap(int *x, int *y)
{
    int temp;
    temp = *x;
    *x = *y;
    *y = temp;
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    int a = 5;
    int b = 10;
    swap(&a, &b); //调用交换函数
    printf("交换结果为 a = %d, b = %d\n",a,b);
    return 0;
}

指针传递过程中，将a和b的地址分别传递给了x和y，在函数体内部改变了a、b所在地址的值，即交换了a、b的数值。

3. 引用传递

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#include <stdio.h>

void swap(int &x, int &y);
void swap(int &x, int &y)
{
    int temp;
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    int a = 5;
    int b = 10;
    swap(a, b); //调用交换函数
    printf("交换结果为 a = %d, b = %d\n",a,b);
    return 0;
}

引用传递中，在调用swap(a, b);时函数会用a、b分别代替x、y，即x、y分别引用了a、b变量，这样函数体中实际参与运算的其实就是实参a、b本身，因此也能达到交换数值的目的。

注：严格来说，C语言中是没有引用传递，这是C++中语言特性，因此在.c文件中使用引用传递会导致程序编译出错。

函数调用

1、函数的调用：由于程序是从上向下执行，所以函数要先声明，后调用。这种先后是文档中所处位置的先后，不是时间的先后。以下写法为正确的：

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#include<stdio.h>

void f(void)  /*定义函数*/
{
    printf("我是一个函数，我将在主函数中输出\n");
}

int main(void)
{
    f();  /*调用函数*/
}

在上面这个实例中，在主函数中调用了函数 f(), 而函数的声明是在调用以前。

2、这种写法是错误的（错误）

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#include<stdio.h>

int main(void)
{
    f();/*调用函数*/
}

void f(void)  /*定义函数*/
{
    printf("我是一个函数，我将在主函数中输出\n");
}

在上面这个实例中，在主函数中调用了函数 f(), 而函数的声明却在调用之后。由于函数执行时是从上往下执行的所以，这写法是错误的。

如果函数非要写在主函数之后可以在主函数之前加入一个函数的前置声明。

前置声明如下：

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#include<stdio.h>

void f(void); /*前置声明*/
int main(void)  
{
    f();  /*调用函数*/
}

void f(void)  /*定义函数*/
{
    printf("我是一个函数，我一定要先声明后调用\n");
}

函数名和参数列表一起构成了函数签名。意味着可以出现参数列表不同但是函数名相同的函数。比如说定义两个函数：

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void print()
{
    printf("hello world!");
}

void print(int nums)
{
    printf("%d\n",a);
}

这是合法的。

代码案例

求3个数最大值的太复杂，这个更简洁：

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#include <stdio.h>

float myMax(float a, float b, float c){
  return a>=b ? (a>=c ? a : c) : (b>=c ? b : c);
}

int main() {
    float x, y, z, maxValue;
    printf("请输入任意三个数：\n");
    scanf("%f%f%f", &x,&y,&z);
    maxValue = myMax(x, y, z);
    printf("最大值为：%f\n", maxValue);

    return 0;
}

实例是一个求1+2+3…..+n的递归实例：

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#include <stdio.h>  //导如输入输出头文件

int sum(int n);//声明函数 
int main(){
    //主函数 
    int a=sum(4);
    printf("%d",a);
  return 0;
}
int sum(int n){
    //求和函数实现 
    //如果n为1，无需求和，直接返回1 
    if(n==1){
        return 1;
    }
    //如果n大于1，就返回n加上1+2+3.....+n-1的和 
    return n+sum(n-1);
}

可以发现，递归的代码很少，但是，递归也有缺点，递归占用的内存要比递推大，而且时间也要比递推长。

C 作用域规则

任何一种编程中，作用域是程序中定义的变量所存在的区域，超过该区域变量就不能被访问。C 语言中有三个地方可以声明变量：

  1. 在函数或块内部的局部变量
  2. 在所有函数外部的全局变量
  3. 在形式参数的函数参数定义中

让我们来看看什么是局部变量、全局变量和形式参数。

局部变量

在某个函数或块的内部声明的变量称为局部变量。它们只能被该函数或该代码块内部的语句使用。局部变量在函数外部是不可知的。下面是使用局部变量的实例。在这里，所有的变量 a、b 和 c 是 main() 函数的局部变量。

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#include <stdio.h>
 
int main ()
{
  /* 局部变量声明 */
  int a, b;
  int c;
 
  /* 实际初始化 */
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
 
  printf ("value of a = %d, b = %d and c = %d\n", a, b, c);
 
  return 0;
}

全局变量

全局变量是定义在函数外部，通常是在程序的顶部。全局变量在整个程序生命周期内都是有效的，在任意的函数内部能访问全局变量。

全局变量可以被任何函数访问。也就是说，全局变量在声明后整个程序中都是可用的。下面是使用全局变量和局部变量的实例：

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#include <stdio.h>
 
/* 全局变量声明 */
int g;
 
int main ()
{
  /* 局部变量声明 */
  int a, b;
 
  /* 实际初始化 */
  a = 10;
  b = 20;
  g = a + b;
 
  printf ("value of a = %d, b = %d and g = %d\n", a, b, g);
 
  return 0;
}

在程序中，局部变量和全局变量的名称可以相同，但是在函数内，如果两个名字相同，会使用局部变量值，全局变量不会被使用。下面是一个实例：

在程序中，局部变量和全局变量的

实例2

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#include <stdio.h>
 
/* 全局变量声明 */
int g = 20;
 
int main ()
{
  /* 局部变量声明 */
  int g = 10;
 
  printf ("value of g = %d\n",  g);
 
  return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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value of g = 10

形式参数

函数的参数，形式参数，被当作该函数内的局部变量，如果与全局变量同名它们会优先使用。下面是一个实例：

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#include <stdio.h>
 
/* 全局变量声明 */
int a = 20;
 
int main ()
{
  /* 在主函数中的局部变量声明 */
  int a = 10;
  int b = 20;
  int c = 0;
  int sum(int, int);
 
  printf ("value of a in main() = %d\n",  a);
  c = sum( a, b);
  printf ("value of c in main() = %d\n",  c);
 
  return 0;
}
 
/* 添加两个整数的函数 */
int sum(int a, int b)
{
    printf ("value of a in sum() = %d\n",  a);
    printf ("value of b in sum() = %d\n",  b);
 
    return a + b;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

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value of a in main() = 10
value of a in sum() = 10
value of b in sum() = 20
value of c in main() = 30

全局变量与局部变量在内存中的区别：

  • 全局变量保存在内存的全局存储区中，占用静态的存储单元；
  • 局部变量保存在栈中，只有在所在函数被调用时才动态地为变量分配存储单元。

初始化局部变量和全局变量

当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，您必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动对其初始化，如下所示：

数据类型 初始化默认值
int 0
char ‘\0’
float 0
double 0
pointer NULL

正确地初始化变量是一个良好的编程习惯，否则有时候程序可能会产生意想不到的结果，因为未初始化的变量会导致一些在内存位置中已经可用的垃圾值。

学习补充（总结）

C 的形参与实参

在 C 语言中，形参与实参虽然很简单，但是，是大家比较容易混淆的一个点，这里将为大家详细的讲解。

概念：从字面上理解，所谓形式参数即只只是声明了一个作为参数的变量，并未直接进行赋值使用，而实际参数则相反。

如下例

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#include <stdio.h>

int test(int,int); // 形参，只声明

int main()
{
    int a,b;
    printf("%d",test(5,3)); // 实参，已赋值
}

int test(int a,int b) // 形参
{
    a=a+b;
    return a;
}

像上面在 test() 函数里只声明了最为参数的变量，而 main() 函数里则对它赋了值。

关于C语言形参与实参的区别，我就简单说几点：

实参可以是变量，变量与表达式。实参与形参。

实参与形参类型相同或赋值兼容

在调用函数过程中发生的实参与形参之间的数据传递，常称为“虚实结合”

  1. 在定义函数中制定的形参，在没有出现函数调用时不占用内存中的存储单元。在函数调用时才分配内存
  2. 将实参的值传递给形参
  3. 在执行函数时，由于形参已经有值。可以用形参进行运算。
  4. 通过return语句将函数值返回，若无返回值，则无return
  5. 调用结束后，形参被释放掉，实参保留原值（单向传值）

WEI.ZHOU大眼睛工程师

个人简介