【c语言】函数

简介: 本文介绍了C语言中函数的基本概念,包括库函数和自定义函数的定义、使用及示例。库函数如`printf`和`scanf`,通过包含相应的头文件即可使用。自定义函数需指定返回类型、函数名、形式参数等。文中还探讨了函数的调用、形参与实参的区别、return语句的用法、函数嵌套调用、链式访问以及static关键字对变量和函数的影响,强调了static如何改变变量的生命周期和作用域,以及函数的可见性。

一、函数的概念

       “函数”早已是我们在数学中常见的概念了。在数学当中,给定一个x的值,可以对应求出y值。在c语言中,也有“函数”的概念,它就是一个完成某些特定功能的代码。实际上,c语言程序就是由一个个函数组成的,我们最常使用的main函数也是函数。


函数可以分为库函数和自定义函数,我们首先讨论库函数。


二、库函数

1.标准库和头文件

c语言的国际标准ANSI C规定了一些常用函数的标准,这些标准就被称为标准库。之后,不同的编译器就根据这些标准完成了这些函数的实现,这些函数就被称为库函数。比如,printf,scanf就是库函数。这些函数是已经由编译器厂商写好的,我们直接使用就可以了。当然,库函数是由标准库的头文件当中存在的,所以在使用之前需要包含相应的头文件。


以下网站可以帮助学习c语言库函数:

https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/

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

2.库函数的使用举例

       接下来我们尝试使用库函数来计算一个数的平方根。


c语言库函数中计算平方根的函数原型:double sqrt(double x);

它所包含的头文件:math.h


代码实现:

#include <stdio.h>
#include <math.h> //引入头文件
 
int main()
{
    double n = 2.0;
    printf("%lf\n", sqrt(n));//函数使用
    return 0;
}

运行结果:



三、自定义函数

       在了解了库函数之后,我们学习自定义函数。自定义函数就是自己写自己用的函数。对于一个程序员来说,自定义函数比库函数更加重要。因为要完成一个大型工作,仅仅有库函数是不够的,要学会自己创造函数实现功能。


1.函数的定义

函数的定义方法如下:


函数返回类型    函数名 (形式参数)

{

       函数体

}


函数返回类型:用于表示函数的计算结果数据类型,如果什么都不返回,则返回类型为void。


函数名:就像定义变量时的变量名一样,需要调用这个函数,就要使用这个函数的函数名。为了提高程序的可读性,函数名一般都是能够体现函数功能的词语。


函数体:函数运算过程的代码,用大括号括起来。


形式参数:需要在函数体中使用的变量,在定义时要写形式参数的数据类型和变量名。形式参数可以有一个,也可以有多个(定义时中间用逗号隔开),也可以没有(形式参数就是void)。


我们可以将函数想象成一个工厂,形式参数就是原材料,经过加工(函数体),然后产出产品(函数返回类型)。


2.函数的声明

函数的声明方法如下:


函数返回类型    函数名 (形式参数);


在同一源文件下,函数的定义部分写在主函数之前,函数声明就可以省略不写。如果要写函数声明,则将其置于主函数前,将函数定义至于主函数之后。


在多个文件下,函数声明写在.h头文件中,函数定义写在.c文件中。并且此.c文件需要引自己函数声明所在的头文件(自己的头文件用“”而不是<>)。


3.函数的调用举例

解下来我们写一个函数实现加法运算:

#include <stdio.h>
 
int add(int x, int y)//函数定义
{
    int sum = x + y;
    return sum;
}
 
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 0;
    scanf("%d %d", &a, &b);
    int ret = add(a, b);//函数调用
    printf("%d\n", ret);
    return 0;
}

接下来我们会根据这个例子来继续延申函数相关知识和细节。


四、形参和实参

上述加法代码中,第14行调用了我们写的加法函数,在函数的调用过程中,我们将变量a和b写入括号,对应的位置是函数定义中的x和y。此时,a和b就称为实际参数(实参),x和y称为形式参数(形参)。形式参数只是形式上存在的,在被调用的过程中存放实参传递过来的值,此时形参才会申请内存空间。


       接下来我们在VS2022上调试观察:



可以看出,程序运行到函数体内时,x、y分别获得了a和b的值。但是注意:形式参数只是实际参数的一份临时拷贝,它们并不是使用同一块内存空间。如果你直接在函数体内改变形式参数的值,则无法影响实际参数。不过这也并不意味着无法修改实际参数。修改实参的方法我们在指针部分讲解。


五、return语句

       在函数体中,会经常出现return语句。这里将会介绍return语句的用法:


1.return语句之后可以是一个变量,常量或者表达式,表示函数此时返回一个值。这个返回值和函数返回类型是对应的。


2.return语句之后也可以什么都没有,表示不返回任何值,只是结束该函数运行。对于这种写法,函数返回类型是void。


3.return语句执行之后,函数就停止运行,之后函数体内的代码就不会执行。


六、嵌套调用

       嵌套调用指的就是一个函数的函数体内调用了另外一个函数,一个大型程序的完成是离不开嵌套调用的。举个例子:


写一个函数,打印1~100之间的素数。


分析:要打印1~100之间的素数,肯定要用循环遍历1~100之间的所有整数,如果其中某个数是素数,就打印。所以要写一个函数判断一个数是否是素数,再写一个函数负责判断和打印。

#include <stdio.h>
 
int isprime(int n)//判断一个数是不是素数
{
    if (n == 1)
    {
        return 0;
    }
    if (n == 2)//如果之前判断条件符合,则会退出函数,所以这里不需要写else
    {
        return 1;
    }
    int i = 0;
    for (i = 2; i < n; i++)
    {
        if (n % i == 0)//如果有数能被i整除,则该数不是素数,返回0
        {
            return 0;
        }
    }
    return 1;//循环结束还没有找到能整除的数,说明它是素数,返回1
}
 
void test()//打印1~100之间的所有素数
{
    int i = 0;
    for (i = 1; i <= 100; i++)//遍历1~100之间的数
    {
        if (isprime(i) == 1)//嵌套调用
        {
            printf("%d ", i);
        }
    }
}
 
int main()
{
    test();
    return 0;
}

运行结果:



七、链式访问

       链式访问指的就是将一个函数的返回值当作另一个函数的参数。这里举一个例子:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
    char str[] = "abcdef";
    printf("%zd\n", strlen(str));//strlen函数用于判断一个字符串的长度,返回类型为size_t,使用时要引头文件string.h
}

运行结果:



以上代码将strlen函数的返回值作为printf函数的参数,这就是链式访问。


八、static关键字

了解了函数的基本操作和使用之后,我们学习一个关键字:static。在学习之前我们先引入两个概念:变量的作用域和生命周期


1.作用域和生命周期

作用域:一般来讲,一个变量被创建之后,它并不是在整个程序中都可以使用的,而限定这个变量可用性的代码范围就叫做这个变量的作用域。

1.局部变量的作用域是变量所在的局部范围(可以理解为所在的大括号内)。

2.全局变量的作用域是整个程序。


生命周期:指的是变量在创建到销毁之间的一个时间段。

1.局部变量的生命周期:从变量被创建开始,到程序运行出所在作用域结束。

2.全局变量的生命周期:整个程序从开始运行到结束运行的时间段,也是整个程序的生命周期。


2.static修饰局部变量

       static可以修饰局部变量。我们先看两段代码:


代码1:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int i = 0;
    for (i = 1; i <= 5; i++)
    {
        int a = 0;//a没有被static修饰
        printf("%d ", a);
        a++;
    }
    return 0;
}

运行结果:



代码2:

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int i = 0;
    for (i = 1; i <= 5; i++)
    {
        static int a = 0;//a被static修饰
        printf("%d ", a);
        a++;
    }
    return 0;
}

运行结果:



上述两段代码显示了static修饰局部变量的效果。代码1在每次进入循环时都会定义一次变量并且赋初值为0,所以就算之后a自增,新的a值也不会被打印出来。而代码2中a在定义时被static修饰,之后每次进入循环,a都没有被重新定义,自增的效果就被打印出来了。


结论:static修饰局部变量时,改变了变量的生命周期,其本质是改变了变量的存储类型,也就是说本来a是存储在,用static修饰之后它就存储在静态区。静态区的变量的生命周期和全局变量是一样的,所以它只定义了一次,之后不会被重新定义。不过,它的作用域没有被改变。


所以当我们需要在一个函数或者代码块中设置一个变量,这个变量在离开作用域时保留它的值,再次进入作用域时可以继续使用,就可以用static修饰了。


3.static修饰全局变量

       static可以修饰全局变量。由于这是一个全局变量,它的生命周期本来就是整个程序,可以猜到,这时static的用途就不一样了。


在一个多文件程序中,使用static修饰全局变量的本质是改变了该变量的链接属性(详情可以参考书籍《C和指针》),简单来说就是在其他文件中就无法使用该全局变量了,只能在当前文件使用它。


4.static修饰函数

       static可以修饰函数。与修饰全局变量相同,修饰函数则改变了函数的链接属性,使得这个函数只能在当前文件被调用。

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