C语言之函数

1. 函数的概念

在C语言中的函数就是一个完成某项特定的任务的一小段代码。这段代码是有特殊的写法和调用方法的。

C语言的程序其实是由无数个小的函数组合而成的。

在C语言中我们一般会见到两类函数：

• 库函数
• 自定义函数

2. 库函数

标准库和头文件

C语言的的国际标准ANSIC规定了⼀些常⽤的函数的标准，被称为标准库。
那不同的编译器⼚商根据ANSI提供的C语⾔标准就给出了⼀系列函数的实现。这些函数就被称为库函数。

我们前⾯内容中学到的 printf 、scanf 都是库函数，库函数的也是函数，不过这些函数已经是现成的，我们只要学会就能直接使⽤了。

各种编译器的标准库中提供了⼀系列的库函数，这些库函数根据功能的划分，都不同的头⽂件中进⾏了声明。
库函数相关头⽂件网址：

https://zh.cppreference.com/w/c/header

库函数使用方法

举例：sqrt

double sqrt((double x));
//sqrt是函数名
//x 是函数的参数，表示调用sqrt函数需要传递一个double类型的值
//double 是返回值类型 —— 表示函数计算的结果是double类型的值

功能
Compute square root 计算平方根

Returns the aquare root of x.( 返回平方根 )

头文件包含
库函数是标准库中对应的头文件声明的，所以库函数的使用，务必包含对应的头文件，不包含是可能会出现一些问题的。

实践

#include 
#include 

int main()
{
	double d = 16.0;
	double r = sqrt(d);
	printf("%lf", r);	//4.000000
	return 0;
}

库函数文档的一般格式

1. 函数原型
2. 函数功能介绍
3. 参数和返回类型说明
4. 代码举例
5. 代码输出
6. 相关知识链接

3. 自定义函数

了解了库函数，我们的关注应该聚焦在自定义函数上，自定义函数其实更加重要，也能给程序员写代码更多的创造性。

语法形式

其实自定义函数和库函数是一样的，形式如下:

ret_type fun_name(形式参数)
{

}

• ret_type 是函数返回类型
• fun_name 是函数名
• 括号中放的是形式参数
• {}括起来的是函数体

• ret_type 是用来表示函数计算结果的类型，有时候返回类型可以是void,表示什么都不返回。
• fun_name 是为了方便使用函数；函数有了名字方便调用，所以函数名尽量要根据函数的功能起的有意义。
• 函数的参数就相当于，工厂中送进去的原材料，函数的参数也可以是void,明确表示函数没有参数。如果有参数，要交代清楚参数的类型和名字，以及参数个数。
• {}括起来的部分被称为函数体，函数体就是完成计算的过程。

例子

写一个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	int r= Add(a, b);
	printf("%d", r);
	return 0;
}

4. 形参和实参

实参

在上述代码中，先是Add函数的定义，有了函数后，再调用Add函数。
在调用Add函数时，传递给函数的参数a和b,称为实际参数，简称实参

实际参数就是真实传递给函数的参数。

形参

在上述代码中，最开始定义函数的时候，函数名Add后面括号中写的a和b,称为形式参数，简称形参。

为什么叫形式参数呢？实际上，如果只是定义了Add 后函数，⽽不去调⽤的话，Add 函数的参数a和b只是形式上存在的，不会向内存申请空间，不会真实存在的，所以叫形式参数。形式参数只有在函数被调⽤的过程中为了存放实参传递过来的值，才向内存申请空间，这个过程就是形式的实例化。

实参和形参的关系

int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z = x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 2;
	int b = 3;
	//输⼊scanf("%d %d", &a, &b);
	//调⽤加法函数，完成a和b的相加
	//求和的结果放在r中

	int r = Add(a, b);
	//输出

	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

我们在调试的可以观察到，x和y确实得到了a和b的值，但是x和y的地址和a和b地址是不一样的，所以我们可以理解为形参是实参的一份临时拷贝

5.return 语句

在函数的设计中，函数中经常会出现return语句，以下便是return语句使用的注意事项。

• return 后边可以是一个数值，也可以是一个表达式，如果是表达式则先执行表达式，再返回表达式的结果。
• return 后边也可以什么都没有，直接写return; 这种写法适合函数返回类型是void的情况。
• return 返回的值和函数返回类型不一致，系统会自动将返回的值隐式转换为函数的返回类型。
• return 语句执行后，函数就彻底返回，后边的代码不再执行。
• 如果函数中存在if等分支的语句，则要保证每种情况下都有return返回，否则会出现编译错误。

6. 数组做函数参数

在使用函数解决问题的时候，难免会将数组作为参数传递给函数，在函数内部对数组进行操作。

例子

写⼀个函数对将⼀个整型数组的内容，全部置为-1，再写⼀个函数打印数组的内容

void set_arr(int arr[],int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		arr[i] = -1;
	}
}

void print_arr(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}


int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	set_arr(arr,sz);//使数组都成为-1
	print_arr(arr, sz);//打印数组

	return 0;
}

知识点

• 函数的形式参数和函数的实参个数匹配
• 函数的实参是数组，形参也是可以写成数组形式的
• 形参如果是一维数组，数组大小可以省略不写
• 形参如果是二维数组，行可以省，但是列不能省略
• 数组传参，形参是不会创建新的数组的
• 形参操作的数组和实参的数组是同一个数组

7. 嵌套调用和链式访问

嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用。
例子：
假设我们计算某年某月有多少天？，若要用函数实现，可以设计2个函数

• is_leap_year(): 根据年份确定是否是闰年
• get_days_of_month(): 调用is_leap_year确定是否为闰年后，在根据月计算这个月的天数。

int is_leap_year(int y)
{
	if (y % 4 == 0 && y % 100 != 0 || y % 400 == 0)
	{
		return 1;	//是闰年
	}
	else {
		return 0;	//不是闰年
	}
}

int get_days_of_month(int y,int m)
{
	int days[] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };//12个月的天数
					//1	  2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12
	int day = days[m];
	//闰年的2月是特殊的一天 -29天
	if (is_leap_year(y) && m == 2)
		day ++;
	return day;
}



int main()
{
	int year = 0;
	int month = 0;

	scanf(" %d  %d", &year, &month);

	int d =get_days_of_month(year,month);//计算一个月有几天

	printf("%d\n", d);
	return 0;
}

链式访问

所谓链式访问就是将一个函数的返回值作为另一个函数的参数，像链条一样将函数串起来就是函数的链式访问。

例子

int main()
{
	printf("%d\n", strlen("abcdef"));//2链式访问
	return 0;
}

例2

int main()
{
	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));//4321
	return 0;
}

上⾯的例⼦中，我们就第⼀个printf打印的是第⼆个printf的返回值，第⼆个printf打印的是第三个
printf的返回值。
第三个printf打印43，在屏幕上打印2个字符，再返回2
第⼆个printf打印2，在屏幕上打印1个字符，再放回1
第⼀个printf打印1
所以屏幕上最终打印：4321

8. 函数的声明和定义

函数的调⽤⼀定要满意，先声明后使⽤；
函数的定义也是⼀种特殊的声明，所以如果函数定义放在调⽤之前也是可以的。

多个文件

⼀般情况下，函数的声明、类型的声明放在头⽂件（.h）中，函数的实现是放在源⽂件（.c）⽂件中。

//add.c
函数的定义
int Add(int x, int y)
{
return x+y;
}

//add.h
函数的声明
int Add(int x, int y);

test.c
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
//函数调⽤
int c = Add(a, b);
printf(“%d\n”, c);
return 0;
}

9.static和extern

static 和 extern 都是C语言中的关键字
static 是静态的意思，可以用来：

• 修饰局部变量
• 修饰全局变量
• 修饰函数

extern 是用来声明外部符号的。

在之前先了解一下作用域和生命周期

作用域

是程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所有用到的名字并不总是有效的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

1. 局部变量的作用域是变量所在的局部范围
2. 全局变量的作用域是整个工程（项目）

生命周期

指的是变量的出创建（申请内存）到变量的销毁（收回内存）之间的一个时间段

1. 局部变量的生命周期是：进入作用域变量创建，生命周期开始，出作用域生命周期结束
2. 全局变量的生命周期是：整个程序的生命周期

static 修饰局部变量

本质上影响了变量的存储类型
一个局部变量是存在栈区的
但是被static修饰后就存放在静态区了
因为存储类型的变化，生命周期跟着变化了，变长了！

作用域不变！！！！

对比图

//}
//代码1
#include 
void test()
{
	int i = 0;
	i++;
	printf("%d ", i);	//1 1 1 1 1
}


int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		test();
	}
	return 0;
}

//代码2
#include 
void test()
{
	//static修饰局部变量
	static int i = 0;
	i++;
	printf("%d ", i);	//1 2 3 4 5
}


int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		test();
	}
	return 0;
}

经过对比，理解static修饰局部变量的意义

代码1的test函数中的局部变量i是每次进入test函数先创建变量（生命周期开始）并赋值为0，然后++，再打印，出函数的时候变量生命周期将要结束（释放内存）。

代码2中，从输出看出，i的值有累加的效果，其实test函数中的i创建好后，出函数的时候是不会销毁的，重新进入函数也就不会重新创建变量，直接上次累积的数值继续计算。

**结论：**static修饰局部变量改变了变量的生命周期，生命周期改变的本质是改变了变量的存储类型，本来一个局部变量是存储在内存的栈区的，但是被static修饰后存储到了静态区。存储在静态区的变量和全局变量是一样的，生命周期就和程序的生命周期一样了，只有程序结束，变量才能销毁，内存才回收。但是作用域不变的。

图片

使⽤建议： 未来⼀个变量出了函数后，我们还想保留值，等下次进⼊函数继续使⽤，就可以使⽤static修饰。

static修饰全局变量

对比图

代码1
add.c

test.c

代码2
add.c

test.c

extern 是⽤来声明外部符号的，如果⼀个全局的符号在A⽂件中定义的，在B⽂件中想使⽤，就可以使⽤extern 进⾏声明，然后使⽤。
代码1正常，代码2在编译的时候会出现链接性错误。

结论：

1. 首先要知道全局变量是具有外部链接属性的
2. 全局变量被static修饰后，外部链接属性就变成了内部链接属性，就是这个全局变量只能在自己所在的.c文件中使用，其他文件看不到。

相当于作用域变小了。

使⽤建议：如果⼀个全局变量，只想在所在的源⽂件内部使⽤，不想被其他⽂件现，就可以使⽤static修饰。

static 修饰函数

对比

代码1
add.c

test.c

代码2
add.c

test.c

代码1是能够正常运⾏的，但是代码2就出现了链接错误。

其实static 修饰函数和static 修饰全局变量是⼀模⼀样的，⼀个函数在整个⼯程都可以使⽤，被static修饰后，只能在本⽂件内部使⽤，其他⽂件⽆法正常的链接使⽤了。

本质是因为函数默认是具有外部链接属性，具有外部链接属性，使得函数在整个⼯程中只要适当的声明就可以被使⽤。但是被static 修饰后变成了内部链接属性，使得函数只能在⾃⼰所在源⽂件内部使⽤。

使⽤建议：⼀个函数只想在所在的源⽂件内部使⽤，不想被其他源⽂件使⽤，就可以使⽤static 修饰。