关于c:C程序设计-07-函数

若程序性能较多，规模较大，将所有的程序写在一个 main 主函数中，会使得主函数庞杂，浏览和保护艰难大。于是提出 模块化程序设计：

在设计一个较大的程序时，往往将它分为若干个程序模块，每个模块包含一个或多个函数(function)，每个函数实现一个特定的性能。

一个 C 程序可由一个 main 函数和若干个其余函数形成，程序的执行是从 main 函数开始的。
函数间能够互相调用，但其余函数不能调用 mian 函数，一个函数能够被一个或多个函数调用屡次。
所有函数都是平行的、互相独立的，函数不能嵌套定义。

从用户应用的角度看，函数分为：库函数和用户自定义的函数。

从函数模式上看，函数分为：无参函数和有参函数。

C 语言要求程序中所有用到的函数，必须先定义后应用。定义函数应包含以下几个内容：

函数的名字。
函数的类型，即函数返回值的类型。
函数的参数名和参数类型(无参数函数不须要)。
函数的性能。

对于 C 编译系统提供的库函数，是由编译系统当时定义好的，只需应用 #include 指令引入到程序文件中即可应用。

定义无参函数的个别模式有两种：

// 模式 1
类型名 函数名()
{函数体}

// 模式 2
类型名 函数名(void)
{函数体}

模式 2 中括号内 void 示意“空”，即函数没有参数。

定义函数时，如果函数无类型，即无函数值，能够应用 void 代替类型名。这时，执行函数后，不会把任何值带回 main 函数中。

定义有参函数的办法为：

类型名 函数名(形式参数表列)
{函数体}

例如，定义一个求两个数中最大值的函数：

int max(int x, int y)
{
    int z;
    z = x > y ? x : y;
    return(z);
}

数组元素的作用与变量相当，因而，数组元素也能够作为函数实参，其用法与变量雷同。此外，数组名也能够作为实参和形参。形参数组能够不指定数组大小(高维数组只能疏忽第一维)。

float average(float array[], int n)
{float aver, sum = array[0];
    int i;
    for(i = 1; i < n; i++)
        sum = sum + array[i];
    aver = sum / n;
    return aver;
}

须要留神，应用数组名作为函数实参时，不是吧数组元素的值传递给形参，传递的是数组的第一个元素的地址，这样两个数组就占用同一段内存单元，当形参数组中各元素值发生变化，实参数组元素值也会发生变化。这与变量作函数参数的状况不同。

所谓空函数，即函数体是空的：

类型名 函数名()
    {}

在程序设计中，往往依据须要定义若干模块，别离由一些函数来实现。而在第一阶段只设计最根本的模块，其余一些性能须要后续补上。因而，在程序开始的最后阶段，能够在未来筹备裁减的中央应用空函数。

函数调用的个别模式为：

函数名(理论参数表列)

如果调用的是无参函数，实参表列能够省略，但括号不能省略。函数能够独自调用，也能够呈现在一个表达式中，这时要求函数返回一个确定的值以加入表达式的运算。同时，函数调用也能够作为另一个函数的实参：

m = max(a, max(b, c);

函数定义时函数名前面括号内的变量名称为 形式参数 ，简称形参。函数调用时，函数名前面括号内的参数为 理论参数，简称实参。实参能够时常量、变量或表达式。

在函数调用过程中，零碎会把实参的值传递给形参。定义函数时指定的形参不会占据存储单元，只有函数被调用时，形参才会被调配长期内存单元。因为形参和实参在内存中占据不同的存储单元，调用完结后，形参单元被开释，实参单元保留原值。

函数的返回值通过 return 语句取得。return 语句前面的括号能够不要，return(x); 余 return x; 等价。return 语句中表达式的类型应该与函数定义时指定的类型统一。如果函数类型与 return 语句中表达式的类型不统一，以函数类型为准，数值型数据可自行转化。即 函数类型决定返回值类型。对于不带返回值的函数，该当定义函数为 void 类型。

在一个函数中调用另一个函数须要具备以下条件：

被调用的函数必须是曾经定义的。
如果应用库函数须要在文件结尾应用 #include 指令引入无关文件。
如果自定义的函数在调用它的函数 (主调函数) 之后，应该在主调函数中对被调用函数作申明(declaration)。申明的作用是把函数名、函数参数等学习告诉编译系统，以便在调用函数时能正确辨认并查看调用的合法性。

函数的申明和函数的第一行基本一致，也把函数的首行称为 函数原型(function prototype)。

#include <stdio.h>

int main()
{float add(float x, float y);  // 函数的申明
    float a, b;
    scanf("%f, %f", &a, &b);
    printf("sum is %f", add(a, b));
    return 0;
}

float add(float x, float y)
{return (x + y);
}

实际上，编译系统只关怀参数个数和参数类型，而不查看参数名。因而函数申明中能够省略形参名，只保留参数类型：

float add(float, float);

如果曾经在文件的结尾 (即所有函数之前) 对本文件中所调用的所有函数进行了申明，则在函数中不用对其所调用的函数再做申明。

C 语言函数定义时互相平行、相互独立的，不能嵌套定义，但能够嵌套调用。

#include <stdio.h>

int main()
{int max4(int, int, int, int);
    int a, b, c, d;
    scanf("%d %d %d %d", &a, &b, &c, &d);
    printf("max is %d", max4(a, b, c, d));
    return 0;
}

int max2(int a, int b)
{return(a>=b ? a:b);
}

int max4(int a, int b, int c, int d)
{int max2(int, int);
    return max2(max2(max2(a, b), c), d);
}

在调用一个函数的过程中又呈现间接或间接地调用该函数自身，称为函数的递归调用。

#include <stdio.h>

int main()
{int fac(int);
    int n;
    scanf("%d", &n);
    printf("%d", fac(n));
    return 0;
}

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

每个变量被定义之后都只能在肯定的范畴内应用才无效，这就是变量的 作用域 问题。定义变量有 3 种状况：

在函数结尾定义，只能在本函数内应用。
在函数内的复合语句中定义，只能在本复合语句中应用。
在函数内部定义，能够从定义之处起为本文件中所有函数调用。

前两种状况定义的是 局部变量 ，最初一种状况定义的是 全局变量 。为了辨别局部变量和全局变量，编写程序时通常将全局变量名的首字母大写(习惯，非规定)。
倡议非必要不应用全局变量，因为：

全局变量在程序执行的全程中占用存储单元。
使函数的通用性升高。因为如果在函数中援用了全局变量，函数的执行状况会受到无关内部变量的影响，也不便于函数移植到其余程序文件。程序设计划分模块时，要求模块的内聚性强、与其余模块的耦合性弱，即模块性能繁多、与其余模块的相互影响小，而应用全局变量不合乎这一准则。
应用全局变量过多，会升高程序的清晰度，难以分明判读程序执行过程中内部变量的值。

从变量作用域 (空间) 的角度，能够把变量分为局部变量和全局变量。而从变量值 生存期 (工夫) 的角度，有的变量在程序运行的这个过程都存在，有点变了只有调用其所在函数时才会被长期调配存储单元。因而，变量的存储形式有两种：

动态存储：在程序运行期间由零碎调配固定的存储空间。
动静存储：在程序运行期间依据须要动态分配存储空间。

在内存中，供用户应用的存储空间分为 3 个局部：

程序区。
动态存储区：寄存全局变量。
动静存储区：寄存函数形式参数、函数中定义的没有应用关键字 static 申明的变量(即主动变量)、函数调用时的现场爱护和返回地址等。

在 C 语言中，每一个变量和函数都有两个属性：数据类型和数据的存储类型。存储类型指的是数据在内存中的存储形式(如动态存储和动静存储)。在定义和申明变量与函数时，个别应同时指定其数据类型和存储类型，也能够采纳默认形式，即用户不指定，零碎主动指定。

C 语言的存储类型有 4 种：主动的(auto)、动态的(static)、寄存器的(register)、内部的(extern)。

主动变量 `auto`

函数中的局部变量和形参，如果不专门申明 static 存储类别，都是动态分配存储空间。这类局部变量称为 主动变量，应用关键字 auto 作为存储类型阐明：

int f(int a)  // 定义 f 函数，a 为形参
{
    auto int b, c = 1;  // 定义 b 和 c 为主动变量
    ...
}

程序中大部分变量都是主动变量，定义时关键字 auto 能够省略。

动态局部变量 `static`

有时须要函数种局部变量的值在函数调用完结之后持续保留，即其占用的存储单元不开释。这时应应用关键字 static 指定该局部变量为 动态局部变量。

#include <stdio.h>

int main()
{int f(int);
    int n, i, r;
    scanf("%d", &n);
    for (i = 2; i < n + 1; i++)
        r = f(i);
    printf("%d\n", r);
    return 0;
}

int f(int n)
{
    static int x = 1;
    x = x * n;
    return x;
}

动态局部变量在编译时赋初值，只赋值一次，当前每次调用函数都不再从新赋值，而保留上次函数调用完结后的值。如果不赋初值，零碎主动为数值型动态局部变量赋初值为 0，为字符型动态局部变量赋初值为 \0。尽管动态局部变量在函数完结后仍旧保留在内存种，但毕竟时局部变量，只能由定义的函数应用，其余函数不能调用。

因为动态局部变量多占内存，且升高了程序的可读性，因而非必要不应用。

寄存器变量 `register`

个别状况下变量的值是放在内存中的，当程序运行须要时，由控制器收回指令将该变量的值传到运算器，运算后如果须要持续存储，再传回到内存。如果有一些变量频繁应用，为节俭存取变量的值破费的工夫，能够将局部变量的值放到 CPU 的寄存器中，须要时间接从寄存器中读取。因为寄存器的存取速度远高于内存，这样做能够进步程序执行效率。这种变量称为 寄存器变量，应用关键字 register 定义。

register int a;

因为当初计算机的性能越来越好，优化后的编译系统能辨认出应用频繁的变量，主动将这些变量寄存在寄存器中，不须要设计程序时独自指定。因而实际上用 register 申明变量的必要性不大。

一般来说，内部变量是在函数内部定义的全局变量，它的作用域是从定义处开始，到本程序完结。在此作用域内，全局变量能够被各个函数应用。但有时会心愿扩大内部变量的作用域。

如果内部变量不在文件的结尾定义，其无效范畴只限定于定义处到文件完结。如果因为某种思考，须要定义点之前的程序能援用该内部变量，应应用关键字 extern 在援用前对该变量作 内部变量申明。

#include <stdio.h>

int main()
{int max();
    extern A, B, C;  // 扩大内部变量 A，B，C 的作用域到此处
    scanf("%d %d %d", &A, &B, &C);
    printf("max is %d", max());
    return 0;
}

int A, B, C;  // 定义内部变量 A，B，C

int max()
{
    int m = A > B ? A : B;
    if (C > m)
        m = C;
    return m;
}

应用 extern 申明内部变量时能够省略变量类型。通常提倡将内部变量的定义放在援用它的所有函数之前，这样能够防止在函数中多加一个 extern 申明。

如果程序是由多个源程序文件组成的，想在一个文件中援用了一个文件定义的内部变量，此时不能在两个文件中同时定义该变量，而应在一个文件中定义后，在另一个文件中应用 extern 对变量做内部申明。用法与在文件内扩大内部变量的作用域用法雷同。

实际上，编译系统遇到 extern 时，会当初本文件中寻找内部变量的定义，如果找到，就在本文件中扩大内部变量的作用域，找不到时再从其余文件中寻找。

如果心愿某些内部变量只能被本文件援用，能够在定义内部变量时加一个 static 申明：

static int A；

这种只能用于本文件的内部变量称为 动态内部变量。

变量由作用域，用部分和全局之分，函数也有相似的问题。函数实质上时全局的，因为定义一个函数的目标就是心愿它能被其余函数调用。如果不加申明，一个函数能够被本文件和其余文件中的函数调用。也能够指定某些函数不能被其余函数调用。依据函数是否能被其余源文件调用，分为 外部函数 和内部函数。

如果一个函数只能被本文件中的其余函数调用，称为外部函数，又称为动态函数。定义时在函数类型后面加 static 关键字：

static int f(int x)

通常把只能本文件应用的动态内部变量和动态函数放在文件结尾，进步程序可读性。

定义函数时在函数类型前加 extern 关键字，指定该函数为内部函数，可被其余文件调用。extern 能够省略：

extern int f(intx)

调用内部函数也要先申明，如果该函数来自其余文件，申明时也要加关键字 extern。

Reference：

谭浩强《C 程序设计(第五版)》

关于c:C程序设计-07-函数

一、定义函数

1. 定义无参函数

2. 定义有参函数

3. 定义空函数

二、调用函数

1. 函数调用的模式

2. 数据传递

3. 函数的返回值

4. 申明调用函数

5. 嵌套调用

6. 递归调用

三、局部变量和全局变量

四、变量的存储形式和生存期

1. 动静存储与动态存储

2. 局部变量的存储类型

主动变量 `auto`

动态局部变量 `static`

寄存器变量 `register`

3. 全局变量的存储类别

在一个文件内扩大内部变量的作用域

将内部变量的作用域扩大到其余文件

将内部变量的作用域限度在本文件中

五、外部函数与内部函数

1. 外部函数

2. 内部函数

一、定义函数

1. 定义无参函数

2. 定义有参函数

3. 定义空函数

二、调用函数

1. 函数调用的模式

2. 数据传递

3. 函数的返回值

4. 申明调用函数

5. 嵌套调用

6. 递归调用

三、局部变量和全局变量

四、变量的存储形式和生存期

1. 动静存储与动态存储

2. 局部变量的存储类型

主动变量 auto

动态局部变量 static

寄存器变量 register

3. 全局变量的存储类别

在一个文件内扩大内部变量的作用域

将内部变量的作用域扩大到其余文件

将内部变量的作用域限度在本文件中

五、外部函数与内部函数

1. 外部函数

2. 内部函数

主动变量 `auto`

动态局部变量 `static`

寄存器变量 `register`