七、C语言之用函数实现模块化程序设计

7.1 为什么要用函数？

首先有一个问题：为什么要用函数？如果程序功能较多，并都在main函数中实现，就会使得程序冗长且复杂，不易理清，增大阅读以及后续维护难度。同时如果要多次实现某一功能，则需要多次编写相同代码，使得程序过于冗长，不精练。

模块化即一个功能或多个功能组成一个模块，当需要什么功能，则使用什么模块，好比就是组装电脑，当需要主板，则装上主板，需要电源，则插上电源。需要注意的是：主函数可以调用其他函数，其他函数之间可以相互调用。

注意：函数即是功能，每一个函数实现一个特定的功能，函数的名字应反应其代表的功能。

当定义的函数在main函数之后，而main函数要调用该函数，在这种情况下，则需在main函数之前或main函数中调用该函数之前对该函数进行函数声明（函数声明：将有关函数的信息：返回值类型、函数参数类型及个数、函数名称告知编译系统，在编译系统进行编译时知道是函数）。

说明：

（1）一个C程序由一个或多个程序模块组成，每一个程序模块作为一个源程序文件（一个源程序文件是一个编译单位），对于较大的程序，则由若干个源程序文件组成一个C程序。这样便于编写和编译，提高调试效率。

（2）所有函数均是平行的，一个函数并不从属于另一个函数。函数不能嵌套定义，但是可以嵌套调用。

7.2 怎样定义函数？

对于变量以及函数来说，都是先定义后使用。定义的作用在于让编译系统知道，函数名字叫什么，函数返回值类型是什么，函数参数类型以及个数是哪些？

定义函数：函数名、函数返回值类型、函数参数类型以及个数、函数体（具体实现什么功能)：函数体包括声明部分和语句部分，声明部分包括对调用函数的声明以及对使用变量的定义。

函数：从用户的角度看，函数分为库函数以及自己定义的函数；从函数的形式看，分为有参函数和无参函数。

函数可分为内部函数和外部函数，如果一个函数只能在本文件中被其他函数所调用，它称为内部函数，在定义内部函数时添加static关键字，内部函数又称为静态函数。外部函数为在函数首部添加关键字extern或在定义时省略extern，默认为外部函数，可供其他文件调用。

注意：在需要调用此函数的其他文件中，需要对此函数作声明，不要忘记，即使在本文件中调用一个函数，也要用函数原型进行声明。声明=让编译器认识。

7.3 如何调用函数？

举例：

print_star(); //调用无参函数

c = max(a,b); //调用有参函数

注意：函数调用不一定需要有分号，如果作为函数表达式或函数参数，函数调用本身是不必有分号的。

函数调用时数据传递：

首先确认形式参数和实际参数的不同：形式参数是指函数定义时函数名后面括号中变量称为形式参数（形参）；在调用函数时，函数名后面括号中的参数称为实际参数（实参）；实际参数可以是常量、变量或表达式。

数据传递方向为：实参传递至形参。

实参可以是常量、变量或表达式。实参与形参的类型应相同或赋值兼容。

函数调用过程：

(1) 定义函数中指定的形参，在未出现函数调用时，它们并不占内存中的存储单元，在发生函数调用时，形参被临时分配内存单元。

(2) 调用结束，形参单元被释放。注意：实参单元仍保留并维持原值，没有改变。实参向形参的数据传递是值传递，单向传递，只能由实参传给形参，而不能由形参传给实参。实参和形参在内存中占有不同的存储单元。

函数的返回值：

（1）函数的返回值是通过函数中的return语句来获得的。

（2）函数类型决定返回值的类型。

（3）对于不带返回值的函数，应当用定义函数为“void类型”（空类型）

函数的嵌套调用：在调用一个函数过程中，又调用另一个函数。

函数的递归调用：直接或间接的调用该函数本身。

7.3.1 数组作为函数参数

数组名也可以作实参和形参，传递的是数组第一个元素的地址。

（1）数组元素作函数实参。数组元素不可作为形参，原因在于形参是在调用时临时分配存储单元的，不可能为一个数组元素单独分配存储单元（数组是一个整体，在内存中占连续的一段存储单元）。

（2）数组名作函数参数。数组名作函数实参时，向形参（数组名或指针变量）传递的是数组首元素的地址。

（3）多维数组名作函数参数。多维数组名作实参、形参时，同样代表数组首元素的地址。形参中二维数组中第一维大小可省略，第二维大小不可省略。

7.3.2 局部变量和全局变量

对于变量，可从两个方面进行梳理，一个是作用域、一个是存在性。

对于作用域来说：可分为局部变量和全局变量。

定义变量，有三种情况

（1）在函数开头定义；

（2）在函数内的复合语句内定义；

（3）在函数的外部定义；

局部变量：函数内定义、复合语句内定义。主函数定义的变量只在主函数中有效，主函数不能使用其他函数定义的变量。不同函数中可以使用同名的变量，它们代表不同的对象，互不干扰。形参也属于局部变量。复合语句中定义的变量，离开该复合语句该变量就无效，系统会把它占用的内存单元释放。

全局变量（首字母大写）：函数之外定义。全局变量可以被本文件中其他函数所调用。它的作用域为从定义变量的位置到本文件结束。设置全局变量的作用在于增加函数之间数据联系的渠道，通过函数调用能得到一个以上的值。

变量的存储方式和生存期

从存在性角度看，存储方式可分为静态存储方式（程序运行期间由系统分配固定的存储空间）以及动态存储方式（根据需要动态的分配存储空间）。

对于局部变量，可分为static定义的静态局部变量、自动变量（auto）、寄存器变量。

静态局部变量是在编译时赋初值的，只赋初值一次，在程序运行时，它已有初值，该静态局部变量会保留上次函数调用结束时的值。对于自动变量，则是在函数调用时赋初值的，每调用一次函数重新给一次初值。在定义静态局部变量不赋初值的话，编译时自动赋初值为0或‘\0’。而对于自动变量来说，其值不确定。对于静态局部变量，其他函数不能进行引用，只能被本函数引用。

对于全局变量，存放在静态存储区中。有时程序设计人员想要扩展外部变量的作用域，有以下几种情况。

1、在一个文件内扩展外部变量的作用域：在引用之前用extern扩展作用域。

2、将外部变量的作用域扩展到其他文件：在一个文件中定义该变量，在需要引用该变量的文件中用extern对该变量作外部变量声明。

3、将外部变量的作用域限制在本文件中： 在定义外部变量时，加一个static声明。即静态外部变量。

注意：对局部变量使用static,称为静态局部变量，静态局部变量存放在静态存储区。程序运行期间不释放。同时静态局部变量不可被其他函数引用。而对全局变量使用static表示只在本文件中使用，存放区域仍然为静态存储区。