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1. 函数的概念
数学中我们其实就见过,比如:一次函数y=kx+b，k和b都是常数,各一个任意的x,就得到一个y值。
其实在C语言也引入了函数(function)的概念,有些翻译为:子程序,子程序这种翻译更加准确一些。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,也可也说:一个大的计算任务可以分解成若干个较小的函数(对应较小的任务)完成。同时一个函数如果能完成某项特定任务的话,这个函数也是可以复用的,提升了开发软件的效率。
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
2.1 标准库和头文件
C语⾔标准中规定了C语⾔的各种语法规则,C语⾔并不提供库函数；C语⾔的国际标准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。
我们前⾯博客中的printf 、 scanf都是库函数,库函数也是函数,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。有了库函数,⼀些常⻅的功能就不需要程序员⾃⼰实现了,⼀定程度提升了效率；同时库函数的质量和执⾏效率上都更有保证。 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,都在不同的头⽂件中进⾏了声明。
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,都在不同的头⽂件中进⾏了声明。
库函数相关头文件:C 标准库头文件 - cppreference.com
2.2 库函数的使用方法
库函数的学习和查看工具很多,比如:
C/C++官方的链接: C 标准库头文件 - cppreference.com
cplusplus.com: C library - C++ Reference
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2.2.1 功能
Computesquareroot计算平⽅根
Returns the square root of x.（返回平⽅根）
2.2.2 头文件包含
库函数是在标准库中对应的头⽂件中声明的,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。
2.2.3 实践
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main()
{
double r = sqrt(16);
printf("%lf\n", r);
return 0;
}运行结果:
2.2.4 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,我们关注度应该聚焦在自定义函数上,自定义函数其实更加重要,也能给也能给程序员写代码更多的创造性。
3.1 函数的语法形式
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
我们可以把函数想象成一个小型工厂,工厂得输入原材料,经过工厂加工才能生产出产品,那函数也是一样,函数一般会输入一些值(可能是0个,也可能是多个),经过函数内的计算,得出结果。
- 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,就像人的名字一样,有了名字方便称呼,函数有了名字方便调用,所以函数名尽量根据函数的功能起的有意义。
- 函数的参数相当于,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。
- {}括起来的部分称为函数体,函数体就是完成计算的过程。
3.2 函数的举例
举个例子:
写一个加法函数,完成2个整型变量的加法操作。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
//输入
scanf("%d %d", &a, &b);
//计算
int c = a + b;
//输出
printf("%d\n", c);
return 0;
}
这样的代码虽然也能完成两个数的相加,但是不符合题目的要求,题目的要求是函数,而这个代码中没有函数。
我们要根据完成的功能,给函数名:Add,函数Add需要接收2个整型类型的参数,函数计算的结果也是整型。
所以我们根据上述的分析写出函数:
#include <stdio.h>
//函数的定义
int Add(int x, int y)
{
int z = 0;
z = x + y;
return z;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
//输入
scanf("%d %d", &a, &b);
//计算
int c = Add(a,b);//使用函数(调用函数)
//输出
printf("%d\n", c);
return 0;
}Add函数也可以简化为:
#include <stdio.h>
//函数的定义
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
//输入
scanf("%d %d", &a, &b);
//计算
int c = Add(a,b);//使用函数(调用函数)
//输出
printf("%d\n", c);
return 0;
}函数的参数部分需要交代清楚:参数个数,每个参数的类型是啥,形参的名字叫啥。
上面只是一个例子,未来我们是根据实际需求来涉及函数,函数名,参数,返回类型都是可以灵活变化的。
有时候我们写的函数,参数部分和返回值都没有,比如我只想写个函数大打印hello world!。
#include <stdio.h>
//返回类型的地方的void表示函数没有返回值
//参数部分的void表示函数不需要参数
void Print(void)// - 括号里面写void的意思是这个函数不需要传参,当然不写也可以
{
printf("hello world!\n");
}
int main()
{
Print();
return 0;
}所以函数在设计的时候传不传参,需不需要返回值跟它的功能是有关系的。
形参的部分不写参数的话就写void,void不写的话也可以,就说明不需要传参。
但是当我故意传参,并且运行代码的时候三个hello world都打印出来了,这里非要传参也是可以传的,只是不用而已, 但是这样不好,如果想要一个函数明确的不需要接收参数的话就得写上void。
4. 形参和实参
在函数使用的过程中,把函数的参数分为实参和形参。
4.1 形参
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。
4.2 实参
在函数名Add后的括号中写的x和y,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 后的括号中写的 x 和 y ,而不去调⽤的话, Add 函数的参数 x 和 y 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,这个过程就是形参的实例化。
4.3 实参和形参的关系
虽然我们知道了实参是传递给形参的,它们之间是有练习的,但是形参和实参各自是独立的内存空间。这个现象是可以通过调试来观察的。
我们在调试的时候可以观察到,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的地址是不一样的,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,这里我们看看return语句使用的注意事项。
- return后面可以是一个数值,也可也是一个表达式,如果是表达式则先执行表达式,再返回表达式的结果。
- return后面也可以什么都没有,直接写return。这种写法适合返回类型是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,后面的代码不再执行。
- 如果函数中存在if等分支语句,则要保证每种情况下都有return返回,否则会出现编译错误。
int Add(int x, int y)
{
return x + y;//returen后面可以是一个表达式
}
**********************************************************************
#include <stdio.h>
int test()
{
int a = 0;
scanf("%d", &a);
if (a > 0)
return 1;//retu后面可以是一个数值
else
return -1;
}
int main()
{
int ret = test();
printf("%d\n", ret);
return 0;
}
**********************************************************************
#include <stdio.h>
void test()
{
printf("hello world!\n");
if (1)
return;//想要提前返回,但是返回类型是void,就可以只写return;
printf("2024_8_29\n");
}
int main()
{
test();
return 0;
}
**********************************************************************
#include <stdio.h>
int test()
{
return 3.14;
//如果不想看到警告的话先强转为int类型,再返回,这样就统一了
//return (int)3.14;
}
int main()
{
//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。
int ret = test();//结果只取整型部分 - 3 - 但是这样编译器会报警告
printf("%d\n", ret);
return 0;
}
***********************************************************************
#include <stdio.h>
int test()
{
int a = 0;
scanf("%d", a);
//如果函数中存在if等分支语句, 则要保证每种情况下都有return返回,
//否则会出现编译错误。
if (a)//为真返回1,那么为假返回什么,代码会报警告
return 1;
}
int main()
{
int r = test();
return 0;
}还有需要i注意的是:
函数不写返回类型的时候,默认返回的是整型。
#include <stdio.h>
test()//没有返回类型,而且也没有返回
{
printf("hello\n");
}
int main()
{
int r = test();
printf("%d\n", r);
return 0;
}
这里是6我们可以猜测一下是因为printf在屏幕上打印了6个字符。 那么我们再加一个字符就会变成7个字符,打印的就是7。
函数的返回类型如果没写的话,编译器认为返回的是int类型的值。
如果函数要求返回值,但是函数中没有使用return语句返回值,那具体返回什么就不确定。
6. 数组做函数参数
在使用函数解决问题的时候,难免会将数组作为函数参数传递给函数,在函数内部对数组进行操作。
比如:写一个函数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。
#include <stdio.h>
void set_arr(int arr[10], int sz, int value)//arr[10]的10可以不写,写了也没啥用
{
for (int i = 0; i < sz; i++)
arr[i] = value;
}
void print_arr(int arr[10], int sz)
{
for (int i = 0; i < sz; i++)
printf("%d ", arr[i]);
printf("\n");
}
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
print_arr(arr, sz);
set_arr(arr, sz, -1);
print_arr(arr, sz);
return 0;
}
/*
1.数组在传参的时候,实参就写数组名就可以了,形式也是数组的形式
2.实参和形参的名字是可以一样的,也可以不一样
3.函数在设计的时候,一定要尽量功能单一
4.数组在传参的时候,形参的数组和实参的数组是同一个数组
*/这里我们需要知道数组传参的几个重点知识:
- 函数的形式参数要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(因为实参和形参是同一个地址,不会为形参开辟空间,所以要大小也没用)
- 形参如果是二维数组,行可以省略,但是列不能省略
- 数组传参,形参是不会创建你新的数组的
- 形参操作的数组和实参的数组是一个数组
#include <stdio.h>
//二维数组传参的时候行可以省略,列不能省略
void print_arr(int arr[][4], int r, int c)
{
for (int i = 0; i < r; i++)
{
for (int j = 0; j < c; j++)
{
printf("%d ", arr[i][j]);
}
printf("\n");
}
printf("\n");
}
int main()
{
int arr[][4] = { 1,2,3,4,2,3,4,5,3,4,5,6 };
print_arr(arr, 3, 4);
return 0;
}7. 嵌套调用和链式访问
7.1 嵌套调用
嵌套调用就是函数之间的互相调用,每个函数就像一个乐高零件,正是因为多个乐高的零件互相无缝的配合才能搭建出精美的乐高玩具,也正是因为函数之间有效的互相调用,最后写出来了相对大型的程序。
假设我们计算某年某月有多少天?如果要函数实现,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确定是否是闰年后,再根据月计算这个月的天数。
#include <stdio.h>
int is_leap_year(int y)
{
if ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || (y % 400 == 0))
return 1;
return 0;
}
int get_days_of_month(int y,int m)
{
int arr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
if (m == 2 && is_leap_year(y))
return 29;
return arr[m];
}
int main()
{
int year = 0;
int month = 0;
scanf("%d %d", &year, &month);
int day = get_days_of_month(year, month);
printf("%d\n", day);
return 0;
}这⼀段代码,完成了⼀个独⽴的功能。代码中反应了不少的函数调⽤：
- main函数调用scanf、printf、get_days_of_month
- get_days_of_month函数调用is_leap_year
函数可以嵌套调用的,但是函数是不能嵌套定义的。
7.2 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。
#include <stdio.h>
int main()
{
int len = strlen("abcdef");//strlen求字符串的长度
printf("%d\n", len);
return 0;
}前面的代码完成动作写了两条语句,那如果把strlen的返回值直接作为printf函数的参数呢?这样就是一个链式访问的例子了。
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d\n", strlen("abcdef"));//链式访问
return 0;
}在看一个有趣的代码,下面代码执行的结果是什么呢?
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
return 0;
}
这个代码的关键是明白printf函数的返回是啥?
int printf ( const char * format, ... );
printf函数返回的是打印在屏幕上的字符的个数。
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,再屏幕上打印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,再返回1
第一个printf打印1
所以屏幕上最终打印4321。
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("%d ", printf("%d ", printf("%d ", 43)));
return 0;
}
当我们加上空格的话结果就不同了,因为这里空格也算字符。
8. 函数的声明和定义
8.1 单个文件
一般我们再使用函数的时候,直接将函数写出来就使用了。
比如:我们要写一个函数判断一年是否是闰年。
#include <stdio.h>
//函数的定义
int is_leap_year(int y)
{
if ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || (y % 400 == 0))
return 1;
return 0;
}
int main()
{
int year = 0;
scanf("%d", &year);
if (is_leap_year(year))//函数的调用
printf("%d 是闰年\n", year);
else
printf("%d 不是闰年\n", year);
return 0;
}这种场景下是函数的定义再函数调用的前面,没有问题。
那如果我们将函数的定义放在函数的调用的后面,会怎么样呢?
#include <stdio.h>
int main()
{
int year = 0;
scanf("%d", &year);
if (is_leap_year(year))//函数的调用
printf("%d 是闰年\n", year);
else
printf("%d 不是闰年\n", year);
return 0;
}
//函数的定义
int is_leap_year(int y)
{
if ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || (y % 400 == 0))
return 1;
return 0;
}这个代码在VS2019上编译,会出现警告信息。
这是因为C语言编译器对源代码进行编译的时候,从第一行往下扫描的,当遇到is_leap_year函数调用的时候,并没有发现前面有is_leap_year的定义,就报出了上述的警告i。
那么怎么解决这个问题呢?
就是函数调用之前先声明一下is_leap_year函数,声明函数只要交代清楚:函数名,函数的返回类型和函数的参数。
函数或者变量都要满足:先声明后使用。
如果函数定义放在调用前面的话,函数的定义就是一种特殊的声明。
#include <stdio.h>
int is_leap_year(int y);//函数声明
//函数声明中参数只保留类型,省略名字也是可以的
int main()
{
int year = 0;
scanf("%d", &year);
if (is_leap_year(year))//函数的调用
printf("%d 是闰年\n", year);
else
printf("%d 不是闰年\n", year);
return 0;
}
//函数的定义
int is_leap_year(int y)
{
if ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || (y % 400 == 0))
return 1;
return 0;
}函数的调用一定要满足,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。
8.2 多个文件
一般在企业中我们写代码的时候,代码可能比较多,不会将所有的代码都放在一个文件中,我们往往会根据程序的功能,将代码拆分放在多个文件中。
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
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}add.h
//函数的声明
int Add(int x, int y);main.c
#include <stdio.h>
#include "add.h"
int main()
{
int a = 3;
int b = 5;
int c = Add(a, b);
printf("%d\n", c);
return 0;
}运行结果:
有了函数的声明和函数定义的理解,我们写代码就更加方便了。
实际上头文件的包含还是解决的是函数声明的问题。
把大型复杂的程序,拆分成多个文件的好处
1.团队协作
2.代码模块化,逻辑更加清晰
3.代码的隐藏
生成静态库:
就是为了不想让别人看见我函数的源码,只能看见我函数的声明就知道该函数怎么调用。
1.右击项目名称。
2. 点击属性
3. 修改为静态库
4. 生成.lib文件
5. 查看文件
这个.lib文件就是一个静态库, 静态库打开看的话根本看不懂,是乱码(二进制文件),这个时候就可以把这个文件卖掉。同时还要卖.h文件,让别人知道函数的具体信息。
6. 将文件复制到别的工程中,
7. 添加.h文件
8. 导入静态库
9.运行
8.3 static 和 extren
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。
我们在学习static和extern之前我们得先了解一下声明周期。
作用域(scope)是程序设计概念,通常来说,一段程序代码中所用到的名字并不总是有效(可用)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。
- 局部变量的作用域是变量所在的局部范围。
- 全局变量的作用域是整个工程。
#include <stdio.h>
int main()
{
{
int a = 100;
//这个a只能在大括号内部使用,出了大括号就
//不能使用了,a的作用域就是它所在的大括号内部
printf("1 a = %d\n", a);//这里打印是没有问题
}
printf("2 a = %d\n", a);//这里打印会报错
//"a":未声明的标识符
return 0;
}
//局部变量的作用域就是自己所在的局部范围#include <stdio.h>
int main()
{
//如果我把a定义在这里,两个地方都能打印
//这个变量能在哪里使用,哪里就是它的作用域
int a = 100;
{
printf("1 a = %d\n", a);
}
printf("2 a = %d\n", a);
return 0;
}#include <stdio.h>
//如果我把a定义在全局,哪个地方都能用
//全局变量的作用域是整个工程,三个地方都可以打印
int a = 100;
void test()
{
printf("3 a = %d\n", a);
}
int main()
{
{
printf("1 a = %d\n", a);
}
printf("2 a = %d\n", a);
test();
return 0;
}也可以在不同的文件中使用。
声明周期指的是变量的创建(申请内存)到变量的销毁(收回内存)之间的一个时间段。
- 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。
- 全局变量的声明周期是:整个程序的声明周期。
#include <stdio.h>
int main()
{
{
int a = 100;//a是在这里创建的,而不是进入main函数就创建,生命周期开始
printf("%d\n", a);
}//声明周期结束
printf("%d\n", a);//这里不能打印 - err
return 0;
}
//局部变量的生命周期就是变量创建生命周期开始,出所在范围的时候,生命周期结束8.3.1 static修饰局部变量:
对比前一段代码和后一段代码,就可以理解static修饰局部变量的意义了。
第一段代码: 的test函数中的局部变量i是每次进入test函数先创建(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)。
第二段代码:我们从输出结果看,a的值有累加的效果,其实test函数中的a创建好后,出函数的时候是不会销毁的,重新进入函数也不会重新创建变量,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声明周期,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,变量才销毁,内存才回收,但是作用域不变的。
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。
8.3.2 static修饰全局变量
代码1正常,代码2在编译的时候会出现链接性错误。
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,因为全局变量默认是带有外部链接属性的。
编译器会在链接的时候去add.c中看有没有g_val这个符号,如果这边声明,查找的时候没有找到就依然会报错。
结论:
但是当我加上static之后,main.c文件中就使用不了了,这就因为static把它的外部链接属性给去掉了,变成了内部链接属性,这种变量只能在自己所在的.c文件中使用,其他.c文件无法使用,有点像改变作用域。
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,不想被其他文件发现,就可以使用static修饰。
8.3.3 static修饰函数
代码1能够正常运行,代码2就出现了链接错误。
其实static修饰函数和static修饰全局变量是一摸一样的, 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的源文件内部使用。
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。