数学函数
在数学中我们用过sin和ln这样的函数，例如Vin(ʌ ，ln1=0等等，在C语言中也可以使用这些函数（ln函数在C标准库中叫做log）：
在C语言中使用数字函数
#include <math.h> #include <stdio.h> int main(void) { double pi = 3.1416; printf("sin(pi/2)=%f\nln1=%f\n", sin(pi/2), log(1.0)); return 0; }
编译运行这个程序，结果如下:
1. $ gcc main.c -lm 2. $ ./a.out 3. sin(pi/2)=1.000000 4. ln1=0.000000
在数学中写一个函数有时候可以省略括号，而C语言要求一定要加上括号，例如log(1.0)。在C语言的术语中，1.0是参数（Argument），log是函数（Function），log(1.0)是函数调用（FunctionCall）。sin(pi/2)和log(1.0)这两个函数调用在我们的printf语句中处于什么位置呢？在上一章讲过，这应该是写表达式的位置。因此函数调用也是一种表达式，这个表达式由函数调用运算符（()括号）和两个操作数组成，操作数log是一个函数名（Function Designator），它的类型是一种函数类型（Function Type），操作数1.0是double型的。log(1.0)这个表达式的值就是对数运算的结果，也是double型的，在C语言中函数调用表达式的值称为函数的返回值（Return Value）。总结一下我们新学的语法规则：
表达式 → 函数名
表达式 → 表达式(参数列表)
参数列表 → 表达式, 表达式, ...
现在我们可以完全理解printf语句了：原来printf也是一个函数，上例中的printf("sin(pi/2)=%f\nln1=%f\n", sin(pi/2), log(1.0))是带三个参数的函数调用，而函数调用也是一种表达式，因此printf语句也是表达式语句的一种。但是printf感觉不像一个数学函数，为什么呢？因为像log这种函数，我们传进去一个参数会得到一个返回值，我们调用log函数就是为了得到它的返回值，至于printf，我们并不关心它的返回值（事实上它也有返回值，表示实际打印的字符数），我们调用printf不是为了得到它的返回值，而是为了利用它所产生的副作用（SideEffect）－－打印。C语言的函数可以有Side Effect，这一点是它和数学函数在概念上的根本区别。
Side Effect这个概念也适用于运算符组成的表达式。比如a + b这个表达式也可以看成一个函数调用，把运算符+看作函数，它的两个参数是a和b，返回值是两个参数的和，传入两个参数，得到一个返回值，并没有产生任何Side Effect。而赋值运算符是有Side Effect的，如果把a = b这个表达式看成函数调用，返回值就是所赋的值，既是b的值也是a的值，但除此之外还产生了Side Effect，就是变量a被改变了，改变计算机存储单元里的数据或者做输入输出操作都算Side Effect。
回想一下我们的学习过程，一开始我们说赋值是一种语句，后来学了表达式，我们说赋值语句是表达式语句的一种；一开始我们说printf是一种语句，现在学了函数，我们又说printf也是表达式语句的一种。随着我们一步步的学习，把原来看似不同类型的语句统一成一种语句了。学习的过程总是这样，初学者一开始接触的很多概念从严格意义上说是错的，但是很容易理解，随着一步步学习，在理解原有概念的基础上不断纠正，不断泛化（Generalize）。比如一年级老师说小数不能减大数，其实这个概念是错的，后来引入了负数就可以减了，后来引入了分数，原来的正数和负数的概念就泛化为整数，上初中学了无理数，原来的整数和分数的概念就泛化为有理数，再上高中学了复数，有理数和无理数的概念就泛化为实数。坦白说，到目前为止本书的很多说法都是不完全正确的，但这是学习理解的必经阶段，到后面的章节都会逐步纠正的。
程序第一行的#号（Pound Sign，Number Sign或Hash Sign）和include表示包含一个头文件
（Header File），后面尖括号（Angel Bracket）中就是文件名（这些头文件通常位于/usr/include目录下）。头文件中声明了我们程序中使用的库函数，根据先声明后使用的原则，要使用printf函数必须包含stdio.h，要使用数学函数必须包含math.h，如果什么库函数都不使用就不必包含任何头文件，例如写一个程序int main(void){int a;a=2;return 0;}，不需要包含头文件就可以编译通过，当然这个程序什么也做不了。
使用math.h中声明的库函数还有一点特殊之处，gcc命令行必须加-lm选项，因为数学函数位于libm.so库文件中（这些库文件通常位于/lib目录下），-lm选项告诉编译器，我们程序中用到的数学函数要到这个库文件里找。本书用到的大部分库函数（例如printf）位于libc.so库文件中，使用libc.so中的库函数在编译时不需要加-lc选项，当然加了也不算错，因为这个选项是gcc的默认选项。关于头文件和库函数目前理解这么多就可以了，到后面再做详解。
注意: C标准库和glibcC标准主要由两部分组成，一部分描述C的语法，另一部分描述C标准库。C标准库定义了一组标准头文件，每个头文件中包含一些相关的函数、变量、类型声明和宏定义。要在一个平台上支持C语言，不仅要实现C编译器，还要实现C标准库，这样的实现才算符合C标准。不符合C标准的实现也是存在的，例如很多单片机的C语言开发工具中只有C编译器而没有完整的C标准库。在Linux平台上最广泛使用的C函数库是 glibc，其中包括C标准库的实现，也包括第三部分介绍的所有系统函数。几乎所有C程序都要调用 glibc的库函数，所以 glibc是Linux平台C程序运行的基础。 glibc提供一组头文件和一组库文件，最基本、最常用的C标准库函数和系统函数在 libc.so库文件中，几乎所有C程序的运行都依赖于 libc.so，有些做数学计算的C程序依赖于 libm.so，以后我们还会看到多线程的C程序依赖于 libpthread.so。以后我说 libc时专指 libc.so这个库文件，而说 glibc时指的是 glibc提供的所有库文件。 glibc并不是Linux平台唯一的基础C函数库，也有人在开发别的C函数库，比如适用于嵌入式系统的 uClibc。
自定义函数
我们不仅可以调用C标准库提供的函数，也可以定义自己的函数，事实上我们已经这么做了：我们定义了main函数。例如：
int main(void) { int hour = 11; int minute = 59; printf("%d and %d hours\n", hour, minute / 60); return 0; }
main函数的特殊之处在于执行程序时它自动被操作系统调用，操作系统就认准了main这个名字，除了名字特殊之外，main函数和别的函数没有区别。我们对照着main函数的定义来看语法规则：
函数定义 → 返回值类型 函数名(参数列表) 函数体
函数体 → {语句列表 }
语句列表 → 语句列表项 语句列表项 ...
语句列表项 → 语句
语句列表项 → 变量声明、类型声明或非定义的函数声明
非定义的函数声明 → 返回值类型 函数名(参数列表);
我们稍后再详细解释“函数定义”和“非定义的函数声明”的区别。从结构体开始我们才会看类型声明。
给函数命名也要遵循上一章讲过的标识符命名规则。由于我们定义的main函数不带任何参数，参数列表应写成void。函数体可以由若干条语句和声明组成，C89要求所有声明写在所有语句之前（本书的示例代码都遵循这一规定），而C99的新特性允许语句和声明按任意顺序排列，只要每个标识符都遵循先声明后使用的原则就行。main函数的返回值是int型的，return 0;这个语句表示返回值是0，main函数的返回值是返回给操作系统看的，因为main函数是被操作系统调用的，通常程序执行成功就返回0，在执行过程中出错就返回一个非零值。比如我们将main函数中的return语句改为return 4;再执行它，执行结束后可以在Shell中看到它的退出状态（Exit Status）：
1. $ ./a.out 2. 11 and 0 hours 3. $ echo $? 4. 4
$?是Shell中的一个特殊变量，表示上一条命令的退出状态。关于main函数需要注意两点
main函数定义写成main(){...}的形式，不写返回值类型也不写参数列表，这是Old Style C的风格。Old Style C规定不写返回值类型就表示返回int型，不写参数列表就表示参数类型和个数没有明确指出。这种宽松的规定使编译器无法检查程序中可能存在的Bug，增加了调试难度，不幸的是现在的C标准为了兼容旧的代码仍然保留了这种语法，但读者绝不应该继续使用这种语法。
其实操作系统在调用main函数时是传参数的，main函数最标准的形式应该是int main(int argc, char *argv[])，在指针那里会详细介绍。C标准也允许intmain(void)这种写法，如果不使用系统传进来的两个参数也可以写成这种形式。但除了这两种形式之外，定义main函数的其它写法都是错误的或不可移植的。
关于返回值和return语句我们将在第 1 节 “return语句”详细讨论，我们先从不带参数也没有返回值
的函数开始学习定义和使用函数：
最简单的自定义函数
#include <stdio.h> void newline(void) { printf("\n"); } int main(void) { printf("First Line.\n"); newline(); printf("Second Line.\n"); return 0; }
执行结果是：
1. First Line. 2. 3. Second Line.
我们定义了一个newline函数给main函数调用，它的作用是打印一个换行，所以执行结果中间多了一个空行。newline函数不仅不带参数，也没有返回值，返回值类型为void表示没有返回值，说明我们调用这个函数完全是为了利用它的Side Effect。如果我们想要多次插入空行就可以多次调用newline函数：
int main(void) { printf("First Line.\n"); newline(); newline(); newline(); printf("Second Line.\n"); return 0; }
如果我们总需要三个三个地插入空行，我们可以再定义一个threeline函数每次插入三个空行：
较简单的自定义函数
#include <stdio.h> void newline(void) { printf("\n"); } void threeline(void) { newline(); newline(); newline(); } int main(void) { printf("Three lines:\n"); threeline(); printf("Another three lines.\n"); threeline(); return 0; }
通过这个简单的例子可以体会到：
- 同一个函数可以被多次调用。
- 可以用一个函数调用另一个函数，后者再去调第三个函数。
- 通过自定义函数可以给一组复杂的操作起一个简单的名字，例如threeline。对于main函数来说，只需要通过threeline这个简单的名字来调用就行了，不必知道打印三个空行具体怎么做，所有的复杂操作都被隐藏在threeline这个名字后面。
- 使用自定义函数可以使代码更简洁，main函数在任何地方想打印三个空行只需调用一个简单的threeline()，而不必每次都写三个printf("\n")。
读代码和读文章不一样，按从上到下从左到右的顺序读代码未必是最好的。比如上面的例子，按源文件的顺序应该是先看newline再看threeline再看main。如果你换一个角度，按代码的执行顺序来读也许会更好：首先执行的是main函数中的语句，在一条printf之后调用了threeline，这时再去看threeline的定义，其中又调用了newline，这时再去看newline的定义，newline里面有一条printf，执行完成后返回threeline，这里还剩下两次newline调用，效果也都一样，执行完之后返回main，接下来又是一条printf和一条threeline。如下图所示：
函数调用的执行顺序
读代码的过程就是模仿计算机执行程序的过程，我们不仅要记住当前读到了哪一行代码，还要记住
现在读的代码是被哪个函数调用的，这段代码返回后应该从上一个函数的什么地方接着往下读。
现在澄清一下函数声明、函数定义、函数原型（Prototype）这几个概念。比如voidthreeline(void)这一行，声明了一个函数的名字、参数类型
和个数、返回值类型，这称为函数原型。在代码中可以单独写一个函数原型，后面加;号结束，而不写函数体，例如:
void threeline(void);
这种写法只能叫函数声明而不能叫函数定义，只有带函数体的声明才叫定义。上一章讲过，只有分配存储空间的变量声明才叫变量定义，其实函数也是一样，编译器只有见到函数定义才会生成指令，而指令在程序运行时当然也要占存储空间。那么没有函数体的函数声明有什么用呢？它为编译器提供了有用的信息，编译器在翻译代码的过程中，只有见到函数原型（不管带不带函数体）之后才知道这个函数的名字、参数类型和返回值，这样碰到函数调用时才知道怎么生成相应的指令，所以函数原型必须出现在函数调用之前，这也是遵循“先声明后使用”的原则。
在上面的例子中，main调用threeline，threeline再调用newline，要保证每个函数的原型出现在调用之前，就只能按先newline再threeline再main的顺序定义了。如果使用不带函数体的声明，则可以改变函数的定义顺序:
#include <stdio.h> void newline(void); void threeline(void); int main(void) { ... } void newline(void) { ... } void threeline(void) { ... }
这样仍然遵循了先声明后使用的原则。
由于有Old Style C语法的存在，并非所有函数声明都包含完整的函数原型，例如void threeline();这个声明并没有明确指出参数类型和个数，所以不算函数原型，这个声明提供给编译器的信息只有函数名和返回值类型。如果在这样的声明之后调用函数，编译器不知道参数的类型和个数，就不会做语法检查，所以很容易引入Bug。读者需要了解这个知识点以便维护别人用Old Style C风格写的代码，但绝不应该按这种风格写新的代码。
如果在调用函数之前没有声明会怎么样呢？有的读者也许碰到过这种情况，我可以解释一下，但绝不推荐这种写法。比如按上面的顺序定义这三个函数，但是把开头的两行声明去掉：
#include <stdio.h> int main(void) { printf("Three lines:\n"); threeline(); printf("Another three lines.\n"); threeline(); return 0; } void newline(void) { printf("\n"); } void threeline(void) { newline(); newline(); newline(); }
编译时会报警告：
$ gcc main.c main.c:17: warning: conflicting types for ‘threeline’ main.c:6: warning: previous implicit declaration of ‘threeline’ was here
但仍然能编译通过，运行结果也对。这里涉及到的规则称为函数的隐式声明（ImplicitDeclaration），在main函数中调用threeline时并没有声明它，编译器认为此处隐式声明了int threeline(void);，隐式声明的函数返回值类型都是int，由于我们调用这个函数时没有传任何参数，所以编译器认为这个隐式声明的参数类型是void，这样函数的参数和返回值类型都确定下来了，编译器根据这些信息为函数调用生成相应的指令。然后编译器接着往下看，看到threeline函数的原型是void threeline(void)，和先前的隐式声明的返回值类型不符，所以报警告。好在我们也没用到这个函数的返回值，所以执行结果仍然正确。
