六、 函数

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1、函数的概念

C语言中引入了函数的概念，有些会翻译为子程序，C语言中的函数就是一个完成某项特定任务的任务的一小段代码。这段代码有特殊的写法和调用方法

C语言的程序其实是由无数个小的函数组成的，也就是说一个大的计算任务可以分解成若干个较小的函数完成。同时对于一个能完成特定任务的函数，这个函数是可以复用的，提升了软件开发效率。

在C语言中，我们可以见到两种函数

• 库函数
• 自定义函数

2、 库函数

2.1标准库和头文件

C语言标准中规定了C语言的各种语法规则，C语言并不提供库函数。C语言的国际标准ANSI C规定了一些常用的函数标准，被称为标准库。不同的编译器厂商根据ANSI提供的C语言标准给出了一系列函数的实现。这些函数被称为库函数。

前面学到的printf和scanf都是库函数，库函数也是函数，不过这些函数是现成的，学会了就可以使用。有了库函数，一些常见功能的实现就不需要程序员自己实现，提升了效率。同时库函数的质量和执⾏效率上都更有保证。

各种编译器的标准库中提供了一系列的库函数，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：https://zh.cppreference.com/c/header

2.2库函数的使用

库函数学习工具：https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/

举例： sqrt

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

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，必须包含头文件。

2.2.3实践

#include<stdio.h>#include<math.h>intmain(){doublei=16.0;doublej=sqrt(i);printf("%f ",i);return0;}

2.2.4 库函数⽂档的⼀般格式

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

3、⾃定义函数

了解了库函数，也要重点关注一下自定义函数，自定义函数能使程序员写代码更具有创造性。

3.1 函数的语法形式

ret_typefun_name(形式参数){}

• ret_type是函数返回类型
• fun_name是函数名
• 括号中是形式参数
• {}中是函数体

ret_typefun_name(形式参数)//函数头包含：函数名、参数、返回值类型

我们可以把函数想象成⼩型的⼀个加⼯⼚，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是函数返回值类型，有时候返回类型可以是void，表示什么都不返回。有返回值，就要写清楚类型具体是什么。
• fun_name是为了方便使用函数。
• 函数的参数就相当于工厂送进去的原材料，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、名字和参数的个数。
• {}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函数练习

写⼀个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。
我们根据要完成的功能，给函数取名：Add，函数Add需要接受2个整型类型的参数，函数计算的结果也是整型

#include<stdio.h>intadd(intx,inty){intr=x+y;returnr;}intmain(){inta=0;intb=0;scanf("%d %d",&a,&b);intc=add(a,b);printf("%d",c);return0;}

Add函数也可以简化为：

intadd(intx,inty){returnx+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，形参的名字。

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

#include<stdio.h>intadd(intx,inty){intr=x+y;returnr;}intmain(){inta=0;intb=0;scanf("%d %d",&a,&b);intc=add(a,b);printf("%d",c);return0;}

上面的代码，2～6行是Add函数的定义，有了函数后，再第13行调用Add函数，把第13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。

4.2形参

上面的代码中，第2行定义函数时，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。

实际上，如果只是定义了Add函数而不去调用，Add函数的参数x和y只是形式上的存在，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，这个过程就是形参的实例化。

4.3 实参和形参的关系

我们提到了实参是传递给形参的，他们之间是有联系的，但是形参和实参各⾃是独⽴的内存空
间。

可以在调试中来看

我们在调试的时候可以观察到，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，所以我们可以理解为形参是实参的⼀份临时拷⻉。

5、return语句

return语句会经常出现，下面有几条注意事项。

• return后面可以是一个数值，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。
• 当函数的返回类型为void时，return后面可以什么都没有，表示强制返回，return，也可以没有return。
• return语句执行后，函数就彻底返回，后边的代码不再执行。
• 当函数的返回类型和return返回的值的类型不一样时，系统会自动将return返回的值转换为函数的返回类型。
• 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
• 函数的返回类型如果不写，编译器默认为int。
• 函数写了返回类型，但是没有使用return返回值，那么函数的返回值为未知。

6、数组做函数的参数

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。

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，形参也写成数组形式
• 形参如果是一维数组，参数个数可以省略不写
• 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

⽐如：写⼀个函数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。

#include<stdio.h>voidset_arr(intarr2[10],intsz2){inti=0;for(i;i<sz2;i++){arr2[i]=-1;}}voidprint_arr(intarr2[10],intsz2){inti=0;for(i;i<sz2;i++){printf("%d ",arr2[i]);}printf("\n");}intmain(){intarr[10]={0};intsz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);print_arr(arr,sz);//先打印原始数组set_arr(arr,sz);//设置数组内容为-1print_arr(arr,sz);//打印数组return0;}

对于数组传参实参中数组部分只写数组名，形参中数组部分要写类型+数组名+二维常量

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，正是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

#include<stdio.h>intis_leap_year(intx){if((x%4==0)&(x%100!=0)||(x%400==0))return1;elsereturn0;}intget_days_of_month(inta,intb){intdays[]={0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};intday=days[b];if(is_leap_year(a)&&b==2){day+=1;}returnday;}intmain(){intyear=0;intmonth=0;scanf("%d %d",&year,&month);intd=get_days_of_month(year,month);printf("%d",d);return0;}

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

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。

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){printf("%d\n",strlen("abcdef"));return0;}

再看的代码，下⾯代码执⾏的结果是什么呢？

#include<stdio.h>intmain(){printf("%d ",printf("%d ",printf("%d ",32)));return0;}

先明⽩ printf 函数的返回什么

printf函数返回的是打印在屏幕上的字符的个数。

上面的例子，第一个printf打印第二个printf的返回值，第二个printf打印第三个printf的返回值

• 第三个printf返回2，第二个printf打印2返回1
• 第二个printf返回1，第一个printf打印1
  

8、函数的声明和定义

8.1单个文件

⼀般我们在使⽤函数的时候，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<stido.h>intis_leap_year(intx){if(((x%4==0)&(x%100!=0))||(x%400==0))return1;elsereturn0;}intmain(){inty=0;scanf("%d",&y);intr=is_leap_year(y);if(r==1)printf("是闰年\n");elseprintf("不是闰年\n");return0;}

上方代码中2～8行是函数的定义，14行是函数的调用。
这种场景下是函数的定义在函数调⽤之前，没啥问题。

那如果我们将函数的定义放在函数的调⽤后边，如下：

#include<stido.h>intmain(){inty=0;scanf("%d",&y);intr=is_leap_year(y);if(r==1)printf("是闰年\n");elseprintf("不是闰年\n");return0;}intis_leap_year(intx){if(((x%4==0)&(x%100!=0))||(x%400==0))return1;elsereturn0;}

这时，编译器会报错

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。

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。

#include<stido.h>intis_leap_year(intx);//函数的声明intmain(){inty=0;scanf("%d",&y);intr=is_leap_year(y);if(r==1)printf("是闰年\n");elseprintf("不是闰年\n");return0;}intis_leap_year(intx){if(((x%4==0)&(x%100!=0))||(x%400==0))return1;elsereturn0;}

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

写代码的时候，代码可能会比较多，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，类型的声明是放在.h文件中，函数的实现是放在.c文件中。

如：

add.c

intadd(intx,inty){returnx+y;}

add.h

intadd(intx,inty);

test.c

#include<stdio.h>#include"add.h"intmain(){inta=0;intb=0;scanf("%d %d",&a,&b);intc=add(a,b);printf("%d",c);return0;}

8.3static和extern

static和extern都是C语言的关键字。
static是静态的意思，可以用于：

• 修饰局部变量
• 修饰全局变量
• 修饰函数

extern是用于声明外部符号的。

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为：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为：整个程序的生命周期。

8.3.1 static 修饰局部变量（静态局部变量）

对比以下两个代码

//代码1#include<stdio.h>voidtest(){inti=0;i++;printf("%d ",i);}intmain(){inti=0;for(i;i<5;i++)test();return0;}

//代码2#include<stdio.h>voidtest(){//static修饰局部变量staticinti=0;i++;printf("%d ",i);}intmain(){inti=0;for(i;i<5;i++)test();return0;}

代码1的test函数中的局部变量i时每次进入test前先创建变量（生命周期开始）并赋值为0，然后++，再打印，出函数的时候变量的生命周期就要结束。

代码2我们从输出结果来看，i的值有累加的效果，其实 test函数中的i创建好后，出函数的时候是不会销毁的，重新进⼊函数也就不会重新创建变量，直接上次累积的数值继续计算。

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，本来一个局部变量存储在内存的栈区，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，⽣命周期就和程序的⽣命周期⼀样了，只有程序结束，生命周期才结束，变量才销毁，内存才收回，但是作用域不变。

静态局部变量

• 程序一开始就分配空间
• 函数结束不销毁
• 下次调用还保留上次的值
• 作用域：只能在当前函数使用

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（静态全局变量）

代码1
add1.c

intex_year=2026;

test.c

#include<stdio.h>externintex_year;intmain(){printf("%d ",ex_year);return0;}

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2
add1.c

staticintex_year=2026;

test.c

#include<stdio.h>externintex_year;intmain(){printf("%d ",ex_year);return0;}

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了，其他源⽂件，即使声明了，也是⽆法正常使⽤的。

静态全局变量

• 只能在当前这个 .c 文件里用
• 别的文件访问不到（用来隐藏变量）

8.3.3 static修饰函数

代码1
add.h

intadd(intx,inty);

add.c

intadd(intx,inty){returnx+y;}

test.c

#include<stdio.h>#include"add.h"intmain(){inta=0;intb=0;scanf("%d %d",&a,&b);intc=add(a,b);printf("%d ",c);}

代码2
add.h

intadd(intx,inty);

add.c

intadd(intx,inty){returnx+y;}

test.c

#include<stdio.h>#include"add.h"intmain(){inta=0;intb=0;scanf("%d %d",&a,&b);intc=add(a,b);printf("%d ",c);}

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，只能在本⽂件内部使⽤，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只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。