C生万物之函数

前言：

作者简介：热爱编程的小七，致力于C、Java、Python等多编程语言，热爱编程和长板的运动少年！

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一、函数是什么？

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。

二、C语言中函数的分类

1. 库函数
2. 自定义函数

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。

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

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。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

写一个函数可以找出两个整数中的最大值。

#include
int findMax(int x,int y)
{
  if(x>y)
  {
    return x;
  }
  else
  {
    return y;
  }
}
int main()
{
  int num1=0;
  int num2=0;
  printf("请输入两个数：\n");
  scanf("%d %d",&num1,&num2);
  int ret=findMax(num1,num2);
  printf("最大值为：%d\n",ret);
  return 0;
}

[root@VM-16-7-centos Day910]# ./test
请输入两个数：
15 48
最大值为：48

写一个函数可以交换两个整形变量的内容。

#include
void swap(int* x,int* y)
{
  int tmp=*x;
  *x=*y;
  *y=tmp;
}
int main()
{
  int num1=0;
  int num2=0;
  printf("请输入两个数：\n");
  scanf("%d %d",&num1,&num2);
  swap(&num1,&num2);
  printf("交换后num1=%d,num2=%d\n",num1,num2);
  return 0;
}

[root@VM-16-7-centos Day910]# ./test
请输入两个数：
45 15
交换后num1=15,num2=45

三、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。

四、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。

五、函数的嵌套调用和链式访问

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。

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 
#include 
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 
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
	return 0;
}

六、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;
}

七、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

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求字符串的长度

#incude 
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;
}

7.2.2求n的阶乘

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

7.2.3求第n个斐波那契数

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

注意：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。

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)
	{
		n -= 1;
		next_older_result = pre_result;
		pre_result = result;
		result = pre_result + next_older_result;
	}
	return result;
}

提示：
1. 许多问题是以递归的形式进行解释的，这只是因为它比非递归的形式更为清晰。
2. 但是这些问题的迭代实现往往比递归实现效率更高，虽然代码的可读性稍微差些。
3. 当一个问题相当复杂，难以用迭代实现时，此时递归实现的简洁性便可以补偿它所带来的运行时开销。