C语言的函数

绝活蛋炒饭

发布于 2024-12-16 15:18:32

4140

1.函数是什么

数学中我们常见到函数的概念。但是你了解C语言中的函数吗?

维基百科中对函数的定义：子程序

·在计算机科学中, 子程序 (英语: Subroutine, procedure, function , routine, method, subprogram, callable unit), 是一个大型程序中的某部分代码, 由一个或多个语句块组成。它负责完成某项特定任务，而且相较于其他代码，具备相对的独立性。 ·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。这些代码通常被集成为软件库。

2. C语言中函数的分类：

2.1库函数:

为什么会有库函数?

1.我们知道在我们学习C语言编程的时候，总是在一个代码编写完成之后迫不及待的想知道结果，想把这个结果打印到我们的屏幕上看看。这个时候我们会频繁的使用一个功能：将信息按照一定的格式打印到屏幕上(printf)。

2.在编程的过程中我们会频繁的做一些字符串的拷贝工作(strcpy)。

3.在编程是我们也计算，总是会计算n的k次方这样的运算 (pow)。

像上面我们描述的基础功能，它们不是业务性的代码。我们在开发的过程中每个程序员都可能用的到，为了支持可移植性和提高程序的效率，所以C语言的基础库中提供了一系列类似的库函数，方便程序员进行软件开发。

就像我们知道的C语言并没有直接实现库函数；而是提供了C语言的标准和库函数的约定（即规定了C语言语法）；然而库函数的实现由编译器实现（因此不同的编译器之间相同的库函数在实现细节上依旧有区别）；

那怎么学习库函数呢?

这里我们简单的看看：www.cplusplus.com

简单的总结， C 语言常用的库函数都有：

IO 函数：输入，输出函数

字符串操作函数：strlen strcmp

字符操作函数：islower isupper

内存操作函数：memset memcmp

时间 / 日期函数：time

数学函数：sqrt pow

其他库函数

我们参照文档，学习几个库函数： ( 教会学生怎么使用文档来学习库函数 ) 。

strcpy

char * strcpy ( char * destination , const char * source );

memset

void * memset ( void * ptr , int value , size_t num );

注：

但是库函数必须知道的一个秘密就是：使用库函数，必须包含 #include 对应的头文件。

这里对照文档来学习上面几个库函数，目的是掌握库函数的使用方法。

2.1.1 如何学会使用库函数？

需要全部记住吗？ No

需要学会查询工具的使用：

www.cplusplus.com

2.2 自定义函数

如果库函数能干所有的事情，那还要程序员干什么？

所有更加重要的是 自定义函数 。

自定义函数和库函数一样，有函数名，返回值类型和函数参数。

但是不一样的是这些都是我们自己来设计。这给程序员一个很大的发挥空间。

函数的组成：

ret_type fun_name ( para1 , * ) { statement ; // 语句项 } ret_type 返回类型 fun_name 函数名 para1 函数参数

我们举一个例子：

写一个函数可以找出两个整数中的最大值。

#include <stdio.h>
//get_max函数的设计
int get_max(int x, int y)
{
 return (x>y)?(x):(y);
}
int main()
{
 int num1 = 10;
 int num2 = 20;
 int max = get_max(num1, num2);
 printf("max = %d\n", max);
 return 0;
}

再举个例子：

写一个函数可以交换两个整形变量的内容。

#include <stdio.h>
//实现成函数，但是不能完成任务
void Swap1(int x, int y)
{
 int tmp = 0;
 tmp = x;
 x = y;
 y = tmp;
}
//正确的版本
void Swap2(int *px, int *py)
{
 int tmp = 0;
 tmp = *px;
 *px = *py;
 *py = tmp;
}
int main()
{
 int num1 = 1;
 int num2 = 2;
 Swap1(num1, num2);
 printf("Swap1::num1 = %d num2 = %d\n", num1, num2);
 Swap2(&num1, &num2);
 printf("Swap2::num1 = %d num2 = %d\n", num1, num2);
 return 0;
}

3. 函数的参数

3.1 实际参数（实参）：

真实传给函数的参数，叫实参。

实参可以是：常量、变量、表达式、函数等。

无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形

参。

3.2 形式参数（形参）：

形式参数是指函数名后括号中的变量，因为形式参数只有在函数被调用的过程中才实例化（分配内

存单元），所以叫形式参数。形式参数当函数调用完成之后就自动销毁了。因此形式参数只在函数

中有效

上面 Swap1 和 Swap2 函数中的参数

x ， y ， px ， py 都是 形式参数 。

在 main 函数中传给 Swap1 的 num1 ， num2 和传给 Swap2 函数的 &num1 ， &num2 是 实际参数 。

这里我们对函数的实参和形参进行分析

代码对应的内存分配如下：

这里可以看到 Swap1 函数在调用的时候， x ， y 拥有自己的空间，同时拥有了和实参一模一样的内容。

所以我们可以简单的认为： 形参实例化之后其实相当于实参的一份临时拷贝 。( 其实上所有的变量名只是为了方便程序员自己看，计算机访问都是靠二进制地址)

4. 函数的调用：

4.1 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。

4.2 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。

5. 函数的嵌套调用和链式访问

函数和函数之间可以根据实际的需求进行组合的，也就是互相调用的。（函数之间可以嵌套调用，但是无法嵌套定义）

5.1 嵌套调用

#include <stdio.h>
void new_line()
{
 printf("hehe\n");
}
void three_line()
{
    int i = 0;
 for(i=0; i<3; i++)
   {
        new_line();
   }
}
int main()
{
 three_line();
 return 0;
}

函数可以嵌套调用，但是不能嵌套定义。

5.2 链式访问

把一个函数的返回值作为另外一个函数的参数。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char arr[20] = "hello";
 int ret = strlen(strcat(arr,"bit"));//这里介绍一下strlen函数
 printf("%d\n", ret);
 return 0;
}
#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
    //结果是啥？
    //注：printf函数的返回值是打印在屏幕上字符的个数（即打印43返回2）
    return 0;
}

6. 函数的声明和定义

6.1 函数声明：

1. 告诉编译器有一个函数叫什么，参数是什么，返回类型是什么。但是具体是不是存在，函数

声明决定不了。

2. 函数的声明一般出现在函数的使用之前。要满足 先声明后使用 。

3. 函数的声明一般要放在头文件中的

6.2 函数定义：

函数的定义是指函数的具体实现，交待函数的功能实现。

test.h 的内容

放置函数的声明

#ifndef __TEST_H__ #define __TEST_H__ // 函数的声明 int Add ( int x , int y ); #endif //__TEST_H__

test.c的内容

放置函数的实现

#include "test.h" // 函数 Add 的实现 int Add ( int x , int y ) { return x + y ; }

这种分文件的书写形式，在三字棋和扫雷的时候，会有文章专门提到

那为什么要分文件的形式去书写呢？

1.分模块的去写，方便协作，最久做整合。7.3 递归与迭代

2.可以把代码的实现和声明分离。

7. 函数递归

7.1 什么是递归？

程序调用自身的编程技巧称为递归（ recursion ）。

递归做为一种算法在程序设计语言中广泛应用。一个过程或函数在其定义或说明中有直接或间接

调用自身的一种方法，它通常把一个大型复杂的问题层层转化为一个与原问题相似的规模较小的问

题来求解，递归策略只需少量的程序就可描述出解题过程所需要的多次重复计算，大大地减少了程

序的代码量。

递归的主要思考方式在于：把大事化小

递归的算法在我看来有一种剥洋葱的思想

简单的举一个例子，n是最外层的，n-1是第二层的利用递归一次一次的剥下去；

7.2 递归的两个必要条件

存在限制条件，当满足这个限制条件的时候，递归便不再继续。

每次递归调用之后越来越接近这个限制条件。

7.2.1 练习：

接受一个整型值（无符号），按照顺序打印它的每一位。例如：输入： 1234 ，输出 1 2 3 4

参考代码：

#include <stdio.h>
void print(int n)
{
 if(n>9)
 {
 print(n/10);
 }
 printf("%d ", n%10);
}
int main()
{
 int num = 1234;
 print(num);
 return 0;
}

利用洋葱的思想来看这个代码，就是n的每一位都是一层洋葱，每调用一次函数就会剥掉一层。

关于《函数栈帧的创建和销毁》每一次函数调用都要在栈区上分配一块内存空间用来保存函数在调用过程中的上下文的信息

再重新复习一下前文提到的三个内存区域

7.2.2 练习2：

编写函数不允许创建临时变量，求字符串的长度。

#incude <stdio.h>
int Strlen(const char*str)
{
 if(*str == '\0')
 return 0;
 else
        return 1+Strlen(str+1);
}
int main()
{
 char *p = "abcdef";
 int len = Strlen(p);
 printf("%d\n", len);
 return 0;
}

7.3 递归与迭代

7.3.1 练习3：

求 n 的阶乘。（不考虑溢出）

参考代码：

int factorial(int n)
{
 if(n <= 1)
 return 1;
 else
 return n * factorial(n-1);
}

7.3.2 练习4：

求第n个斐波那契数。（不考虑溢出）

参考代码：

int fib(int n)
{
 if (n <= 2)         
 return 1;
    else
    return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

但是我们发现 有问题 ；

使用 fib 这个函数的时候如果我们要计算第 50 个斐波那契数字的时候特别耗费时间。使用 factorial 函数求 10000 的阶乘（不考虑结果的正确性），程序会崩溃。

为什么呢？

我们发现 fib 函数在调用的过程中很多计算其实在一直重复。如果我们把代码修改一下：

int count = 0;//全局变量
int fib(int n)
{
 if(n == 3)
 count++;
 if (n <= 2)         
 return 1;
    else
    return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

最后我们输出看看 count ，是一个很大很大的值。

那我们如何改进呢？

在调试 factorial 函数的时候，如果你的参数比较大，那就会报错： stack overflow （栈溢出）这样的信息。系统分配给程序的栈空间是有限的，但是如果出现了死循环，或者（死递归），这样有可能导致一直开辟栈空间，最终产生栈空间耗尽的情况，这样的现象我们称为栈溢出

那如何解决上述的问题：

. 1. 将递归改写成非递归。 2. 使用 static 对象替代 nonstatic 局部对象。在递归函数设计中，可以使用 static 对象替代 nonstatic 局部对象（即栈对象），这不仅可以减少每次递归调用和返回时产生和释放 nonstatic 对象的开销，而且 static 对象还可以保存递归调用的中间状态，并且可为各个调用层所访问。 //在使用递归时必须注意栈溢出

比如，下面代码就采用了，非递归的方式来实现

//求n的阶乘
int factorial(int n)
{
        int result = 1;
        while (n > 1)
       {
             result *= n ;
             n -= 1;
       }
        return result;
}
//求第n个斐波那契数
int fib(int n)
{
     int result;
     int pre_result;
     int next_older_result;
     result = pre_result = 1;
     while (n > 2)//这个就是迭代部分
     {
           n -= 1;
           next_older_result = pre_result;
           pre_result = result;
           result = pre_result + next_older_result;
     }
     return result;
}

提示：