C语言 —— 函数

目录

1. 函数是什么

2. C语言中函数的分类

2.1 库函数

2.2 自定义函数

3. 函数的参数

3.1 实际参数(实参)

3.2 形式参数(形参)

4. 函数的调用

4.1 传值调用

4.2 传址调用

5. 函数的嵌套调用和链式访问

5.1 嵌套调用

5.2 链式访问

6. 函数的声明和定义

6.1函数声明

6.2 函数定义

test.h的内容

test.c的内容

7. 函数递归

7.1 什么是递归?

7.2 递归的两个必要条件

7.2.1 练习1

7.2.2 练习2

7.3 递归与迭代

7.3.1 练习3

7.3.2 练习4

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1. 函数是什么

数学中我们常见到函数的概念. 比如.

在维基百科中, C语言对于函数的定义是: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。

前面我们已经了解过一些函数.
比如strlen()用于求字符串长度, strcmp()用于比较两个字符串的大小, printf()用于打印数据内容.
再比如我们自定义的add()用于加法运算.
这些函数都是只负责完成某项特定任务, 相较于其他代码, 具备相对的独立性.

2. C语言中函数的分类

1. 库函数: C语言中自带的函数
2. 自定义函数: 我们自己创建的函数

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。

那么都有哪些库函数? cplusplus.com/reference/

简单的总结，C语言常用的库函数都有:

• IO函数
• 字符串操作函数
• 字符操作函数
• 内存操作函数
• 时间/日期函数
• 数学函数
• 其他库函数

我们尝试学习几个库函数:

strcpy

#include
#include
 
int main()
{
    char arr1[20] = { 0 };
    char arr2[] = "hello bit";
 
    strcpy(arr1, arr2);
    
    printf("%s\n", arr1);//hello bit
 
    return 0;
}

memset

#include
#include
 
int main()
{
    char arr[20] = "hello world";
    memset(arr+6, 'y', 3);
    printf("%s\n", arr);
 
    return 0;
}

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

2.2 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.

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
paral 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。

//函数的定义
int get_max(int x, int y)
{
    return (x > y ? x : y);
}
 
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 0;
    scanf("%d %d", &a, &b);
    //求较大值
    //函数的调用
    int m = get_max(a, b);
    printf("%d\n", m);
    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。

void Swap(int x,int y)
{
    int z = 0;
    z = x;
    x = y;
    y = z;
}
 
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 0;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    // 交换
    printf("交换前:a=%d b=%d\n", a, b);
    Swap(a, b);
    printf("交换后:a=%d b=%d\n", a, b);
    return 0;
}

以上代码会有问题: 交换失败, 与预期结果不符.

我们通过调试会看到以下结果:

可以看到, x, y的地址与a, b的地址并不相同, 说明a和b是两个独立的变量, x和y也是两个独立的变量, 它们所在的内存单元都是不同的.

此处确实是交换了x和y, 但是并没有影响到a和b, a和b没有交换.

所以在这里就有一个重要的知识点: 当实参传递给形参的时候，形参是实参的一份临时拷贝. 对形参的修改不会影响实参.

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.

所以前面的例子我们可以修改代码以实现整形变量的交换.

void Swap(int* px, int* py)
{
    int z = *px;//z=a
    *px = *py;//a=b
    *py = z;  //b=a
}
 
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 0;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    //交换
    printf("交换前:a=%d b=%d\n", a, b);
    Swap(&a, &b);
    printf("交换后:a=%d b=%d\n", a, b);
    return 0;
}

可以看到, 实现了预期结果.

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

5.1 嵌套调用

#include 
 
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.

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printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));

这段C语言代码涉及到嵌套的printf函数调用，看起来可能会有点令人困惑，但我们可以分解它来理解它的执行顺序。

首先，让我们从最内层的printf开始：

printf("%d", 43)

这一行将打印整数43，并返回打印的字符数，这里是2（因为43有两位数字）。所以最内层的printf打印了43并返回2。

接下来，我们有：

printf("%d", printf("%d", 43));

这里，内部的printf被执行，打印43并返回2（字符数）。然后外部的printf使用返回的值2打印一个整数，即2。所以，中间层的printf打印了2并返回1（因为2只有一位数字）。

最后，我们有：

printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));

这次内部的两个printf分别是43（返回2）和2（返回1）。外部的printf使用返回的值1打印一个整数，即1。所以最外层的printf打印了1并返回1。

综上所述，代码的输出是4321，分别来自于四个printf函数的结果。

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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.

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

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

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1

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.

正常解法:

//%d 是打印有符号的整数(会有正负数)
//%u 是打印无符号的整数
 
int main()
{
    unsigned int num = 0;
    scanf("%u", &num);
    while (num)
    {
        printf("%d ", num % 10);
        num = num / 10;
    }
    return 0;
}

递归解法:

void print(unsigned int n)
{
    if (n > 9)
    {
        print(n / 10);
    }
    printf("%d ", n % 10);
}
 
int main()
{
    unsigned int num = 0;
    scanf("%u", &num);//1234
    print(num);    // 接受一个整型值（无符号），按照顺序打印它的每一位。
    return 0;
}

执行分析:

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讲解一个问题: 栈溢出

在上面的递归函数print中, if判断是否可以不要?

void print(unsigned int n)
{
    // if (n > 9)
    {
        print(n / 10);
    }
    printf("%d ", n % 10);
}

那么这样操作的话, 就会造成这个函数不断的自己调用自己的现象出现, 就会造成栈溢出.

我们进行调试:

当在调试控制台输入1234之后, 会看到.

那么在图中的Stack overflow就是栈溢出的意思.

之前提到过, 内存分为: 栈区, 堆区, 静态区.
栈区用于存放局部变量, 函数的形参等, 那么栈区也负责每一次函数的调用时的空间分配. 也就是说, 每一次函数的调用都会在栈区申请空间.

具体的细节参照后文: 函数栈帧的创建和销毁.

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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。

先看: 求字符串的长度. 即模拟实现strlen

#include 
 
//int my_strlen(char str[])//参数部分写出数组的形式
 
int my_strlen(char* str)//参数部分写出指针的形式
{
    int count = 0;//计数，临时变量
    while (*str != '\0')
    {
        count++;
        str++;//找下一个字符
    }
    return count;
}
 
int main()
{
    char arr[] = "abc";//[a b c \0]
    //char* 
    int len = my_strlen(arr);
 
    printf("%d\n", len);
 
    return 0;
}

那么原题的要求针对了我们使用了count这个临时变量, 所以我们使用递归实现.

那么如何思考这个问题以通过递归实现?

我们要通过递归实现求 abc的长度,
也就是 my_strlen("abc");
我们刚才使用非递归实现的时候是首先先拿到第一个字符, 如果不是\0, count就++, 也就是说第一个字符如果不是\0的话它的长度至少是1, 那么 my_strlen求abc的长度就可以变成 1+my_strlen("bc");(把a拆出来, 就是1), 接着往后就是 1+1+my_strlen("c");, 再接着, 就是 1+1+1+my_strlen("");, 那么就变成了 1+1+1+0.

my_strlen("abc");
1+my_strlen("bc");
1+1+my_strlen("c")
1+1+1+my_strlen("")
1+1+1+0

int my_strlen(char* str)
{
    if (*str != '\0')
        return 1 + my_strlen(str+1);
    else
        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)

n的阶乘公式表达:

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

7.3.2 练习4

求第n个斐波那契数(不考虑溢出)
斐波那契数: 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 ...

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