003+limou+C语言入门知识——（2）函数基础

1、什么是函数

在数学函数是一种对应关系，C语言里的函数和数学中的函数还是极其相似的

（1）维基百科对函数的定义

①维基百科：子程序 - 维基百科，自由的百科全书 (shenyinjise.icu)
②子程序。是大型程序中的某部分代码，由一个或多个语句组成。负责完成某项特定的任务，而且相较于其他代码具有相对的独立性。

（2）另外的补充说明

C语言中的函数，一般会有输入参数并由返回值，提供对过程的封装和细节的隐藏，这些代码通常集成为一个软件库。

2、C语言中函数的分类（“库函数”和“自定义函数”）

（1）库函数

①C语言自带的函数，可以直接使用，方便程序员进行软件开发
可以在这个网站里面查找： https://cplusplus.com/
或者C/C++官网： cppreference.com（中文版： cppreference.com）
或者使用工具MSDN，可以离线查看，但是更新度不够
②使用库函数，需要包含#include对应的头文件
③常用的库文件如下：

• IO函数
• 字符串操作函数
• 字符处理函数
• 内存操作函数
• 时间/日期函数
• 数学函数
• 错误消息
• 功能函数
• windows
• 其他库函数<……>

（2）自定义函数

不可能所有的库函数都符合我们的需求，因此我们还需要自己写符合自己需求的函数，所以学会写自定义函数是最为重要的！
①函数必须有这些构成：函数的返回类型（注意这不是函数的类型）、函数名、函数参数列表、函数体
②伪代码：函数的结构

返回类型 函数名(参数列表)//注意返回指和参数列表可以是“空”，即void的情况
{
    函数体(具体代码);
}//如果忘记写返回类型，则默认返回一个整数，但不写返回类型是一个坏习惯！

③一些例子
例子1：比大小的函数

int MAX(int x, int y)//自定义“相加”函数
{
    return (x>y)?(x):(y);//使用了三目操作符
}
int main()//主体函数
{
    int num_1 = 10;
    int num_2 = 100;
    int max = MAX(num_1, num_2);
    printf("max = %d\n",max);
    return 0;
}

例子2：查找闰年

int is_leap_year(int y)//自定义“判断是否为闰年”函数
{
    return ((y % 4 == 0) && (y % 100 != 0)) || y % 400 == 0;
}

int main()//主体函数
{
    int y = 0;
    for (y = 1000; y <= 2000; y++)
    {
        //判断y是否为闰年
        //如果是闰年返回1 
        //如果不是闰年返回0
        if (is_leap_year(y))
        {
            printf("%d ", y);
        }
    }
    return 0;
}

④一般来说要先在主函数（主程序）里面写如何去用、在哪里用这个函数，再去写自定义函数的具体实现会比较好一点。（这其实是TDD思想，TDD指“测试驱动开发（Test-Driven Development）”）

3、函数的参数

（1）实际参数（实参）

真实传给函数的参数，实参可以是：常量、变量、表达式、函数等。
实参在进行函数调用的时候，必须有确定的值，然后传值给形参使用。

（2）形式参数（形参）

①简单来讲就是函数定义后，函数名后面括号的内容中的变量，只有在函数被调用的时候，实参传值给形参时，形参才会有值（即“才会实例化“，“才会分配内存单元”，因此就是形式上的参数）。
②更简单理解就是，“形参”是“实参”的临时拷贝，对形参的改动和修改是不会影响到实参的。
③如果需要通过形参来改动实参，则不能只是传递值，而是应该传递地址！
④另外形式参数在函数调用完后就自动销毁了，因此形式参数只有在函数内部才是有效的
⑤函数中的形式参数是在栈中开辟空间的

（3）有关函数参数易错题

int founction((a1, a2), (a3, a4), a5, a6);//函数有几个参数呢？

实际上应该是4个参数，(a1, a2)和(a3, a4)是逗号表达式，他们都各有一个结果，分别为a2和a4，故实际上函数的参数为a2，a4，a5，a6四个参数

（4）函数参数个数设置得越少越好

不然用户使用的时候，还得搞清楚每个参数的意义，并且还要输入很多参数才能使用

4、函数的调用（使用函数交换两个数字）

（1）传值调用

函数的形参和实参分别占有不同的内存，对形参的修改不会影响实参。
如果写成下面这个代码就会交换失败（本质就是形参和实参的问题）

//一个典型的例子（写一个错误交换两个数的函数）
void function(int a, int b)//这里自定义函数只是临时拷贝（传过来）num_1和num_2两个数的值，所以下面只是x和y的值交换了，而num_1和num_2却没有进行实际上的交换
{
    int t = 0;
    t = a;
    a = b;
    b = t;
}

int main()
{
    int num_1 = 1;
    int num_2 = 2;
    printf("%d %d\n",num_1, num_2);
    
    function(num_1, num_2);//使用交换函数
    printf("%d %d\n", num_1, num_2);
    return 0;
}//这个函数通过编译器的调试功能会更加清晰看到

（2）传址调用

//一个典型的例子（写一个正确交换两个数的函数）
void function(int *pa, int *pb)
{
    int t = 0;
    t = *pa;
    *pa = *pb;
    *pb = t;
}
int main()
{
    int num_1 = 1;
    int num_2 = 2;
    printf("%d %d\n", num_1, num_2);
    
    function(&num_1, &num_2);//使用交换函数
    printf("%d %d\n", num_1, num_2);
    return 0;
}

总之函数的调用无论是传值还是传址都有利弊，看情况选择传值方式。从功能上传址调用比较强大，但是容易出现更多问题。

（3）高内聚低耦合

函数设计应该追求“高内聚低耦合”：在函数体内实现修改，尽量不要对外部产生影响，否则代码不便修改

5、函数的“嵌套调用”和“链式访问”

（1）嵌套调用（在一个函数里调用了另一个函数）

#include 
void function_1()
{
    printf("aaaaa\n");
}
void function_2()
{
    int i = 0;
    for(i=0; i<3; i++)
    {
        function_1();//调用了另外一个函数
    }
}
int main()
{
    function_2();
    return 0;
}

注意：函数可以嵌套调用但是不能嵌套定义（一个A函数里面又定义了一个B函数，但是可以在A定义里面调用一个已经定义好的函数B（或者B定义里面调用一个已经定义好的函数A））

//以下“嵌套定义”是不被允许的！
返回类型 f1(参数列表)
{
    //一些代码
    返回类型 f2(参数列表)
    {
        //一些代码    
    }
    //一些代码
}

（2）链式访问（把一个函数的返回值作为另一个函数的参数）

//链式访问例子1
#include 
#include 
int main()
{
    printf("%d\n", strlen("abcd"));
    return 0;
}

//链式访问例子2
#include 
int main()
{
    printf("%d",printf("%d",printf("%d",43)));//printf返回值是读取到字符的个数
    return 0;
}//结果为4321这四个字符，注意不是四千三百二十一，只是单纯的输出4、3、2、1这四个字符

6、函数的声明和定义

//实际上函数的声明和变量的声明很像
#include 
int a;变量的声明
int main()
{
    printf("%d\n",a);//变量的使用
    return 0;
}
int a = 10;//变量的定义
//这种写法也是可以正常打印出来10的

（1）函数的声明

①是为了告诉编译器存在一个自定义的函数，需要声明函数的结构
（函数名字、函数参数、返回类型）
②一般在使用函数之前声明函数
③函数的声明一般放在头文件中

（2）函数的定义

交代函数的具体实现方式

（3）教科书里常见函数声明的使用：

#include 
int Add(int x, int y);//函数的声明

int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    printf("%d", Add(a, b));//函数的使用
    return 0;
}

int Add(int x, int y)//函数的定义
{
    return x + y;
}
//这种写法虽然对，但是实际情况一般不会这么写，函数的声明一般放在头文件中，函数的实现则放到另外一个专门用来自定义函数的源文件中

（4）实际上的工程里常见的，函数声明较多的写法是：

//头文件add.h中
#ifndef __ADD_H__
#define __ADD_H__

int Add(int x, int y);//函数的声明

#endif

//函数定义源文件add.h
int Add(int x, int y)//函数的定义
{
    return x + y;
}

//程序主体文件main.h
#include 
#include "Add.h"
int main()//主函数
{
    int a = 1,b = 2;
    printf("%d", Add(a, b));//函数的使用
    return 0;
}

（5）一是适合分工、二是有保密措施（静态库.lib的使用）

①总不可能一堆程序员挤在一个电脑屏幕上写代码吧？多文件使得有程序员得以有效分工，每一个程序员写各种工作的头文件和源文件，最后再开始整合比较好
②使用VS产生静态库详细步骤，见我另外一篇博客：VS静态库的产生和使用

7、函数递归（递推与回归）

递归适当使用会大大减少代码量

（1）什么是递归

函数“直接”或者“间接”调用自己的一种编程技巧，它通常把一件“大事”化成“小事”来进行求解，函数不断递推出去，然后再不断地回归，组合成“递归”一词。
①最简单的递归

//最简单的递归，main函数自己调用自己
#include 
int main()
{
    printf("abcd\n");
    main();
}//不断打印abcd此时main将不断消耗栈区的空间，最后栈溢出，程序崩溃

②按照顺序打印一个数的每一位数字字符

#include 
my_printf(unsigned int x)
{
    if(x > 9)
    {
        my_printf(x / 10);
        printf("%u ", x % 10);
    }
    else
    {
        printf("%d ", x);
    }
}
//大事化小
//my_printf(1234)
//my_printf(123)4
//my_printf(12)34
//my_printf(1)234
int main()
{
    unsigned int number = 0;
    scanf("%u",&number);
    my_printf(number);
    return 0;
}

理解递归函数可以像上面一样大事化小，或者是画多个图来理解
③自定义一个函数，实现和strlen函数一样的功能

#include 
my_strlen(const char *str)
{
    if(*str == '\0')
    {
        return 0;
    }
    else
    {
        return (1 + my_strlen(str+1));
    }
}

int main()
{
    char arr[10] = "abcdef";
    printf("%d", my_strlen(arr));

    return 0;
}

④第n个斐波那契数列（不考虑溢出的情况）

#include 
int fun(int n)
{
    if (n <= 2)
        return 1;
    else
        return fun(n - 1) + fun(n - 2);
}
int main()
{
    int n = 0;
    while (scanf("%d", &n) == 1)
    {
        printf("第%d个斐波那契数列为%d\n", n, fun(n));
    }
    return 0;
}

⑤阶乘的实现（不考虑溢出的情况）

#include 
int fun(int n)
{
    if (n <= 1)
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        return n * fun(n - 1);
    }
}
int main()
{
    int n = 0;
    scanf("%d", &n);
    printf("%d", fun(n));
    return 0;
}

（2）递归的必要条件

①存在限制条件（不能像上面main自己调用自己一样，否则迟早栈溢出（stack overflow））让递归停下
②每次递归都要接近这个条件，不能原封不动
递归有可能大量消耗栈空间，计算量极大，有的时候反而效率低，例如：求斐波那契数列的时候求第50个数就会很吃力了，运算时间很久

（3）迭代（循环）方式代替递归，斐波那契数列的另外一种写法

#include 
int function(int n)//用递归的方法求斐波那契数列
{
    int a=1;
    int b=1;
    int c=1;
    while(n >= 3)
    {
        c = a + b;
        a = b;
        b = c;
        n--;
    }
        return c;
}
int main()
{
    return 0;
}

#include 
int function(int n)
{
    int a = 1;
    while(n > 1)
    {
        a *= n;
        n--;    
    }
    return a;
}
int main()//利用迭代求n的阶乘
{
    int n = 0;
    scanf("%d", &n);
    printf("%d", function(n));
    return 0;
}

（4）何时选递归

看情况，那种方便少缺陷就选哪种，没必要一定要写出递归（当然递归能大大减少代码量）。况且迭代（循环）的方法会更加清晰。

8、函数如何返回多个值

（1）使用多个全局变量，在函数内部改变，则相当于函数返回了多个值
（2）返回一个数组指针，就可以通过数组返回多个值
（3）形参使用多个指针变量，在函数体内部解引用，改变指针指向的值
唯独不能单用return，只能返回一个值，即一个函数只能返回单个结果，不能是多个