C语言基础语法-教案11（从小白到劝退之函数）

函数入门

        在C语言中，函数意味着功能模块。一个典型的C语言程序，就是由一个个的功能模块拼接起来的整体。也因为如此，C语言被称为模块化语言。

        对于函数的使用者，可以简单地将函数理解为一个黑箱，使用者只管按照规定给黑箱一些输入，就会得到一些输出，而不必理会黑箱内部的运行细节。

        日常使用的电视机可以被理解为一个典型的黑箱，它有一些公开的接口提供给使用者操作，比如开关、音量、频道等，使用者不需要理会其内部电路，更不需要管电视机的工作原理，只需按照规定的接口操作接口得到结果。

        对于函数的设计者，最重要的工作是封装，封装意味着对外提供服务并隐藏细节。对于一个封装良好的函数而言，其对外提供服务的接口应当是简洁的，内部功能应当是明确的。

函数的定义

• 函数头：函数对外的公开接口

1. 函数名称：命名规则与跟变量一致，一般取与函数实际功能相符合的、顾名思义的名称。
2. 参数列表：即黑箱的输入数据列表，一个函数可有一个或多个参数，也可以不需要参数。
3. 返回类型：即黑箱的输出数据类型，一个函数可不返回数据，但最多只能返回一个数据。

• 函数体：函数功能的内部实现
• 语法说明：

返回类型 函数名称(参数1, 参数2, ……)
{
    函数体
}

• 函数示例1：求两个给定整数的最大值

int max(int x, int y) // 该函数接收两个整型参数，并返回一个整型数据
{
    int z;
    z = x>y ? x : y;
    return z;
} 

• 函数示例2：交换两个浮点数

void swap(double *p1, double *p2) // 该函数接收两个浮点指针参数，不返回数据
{
    if(p1 == NULL || p2 == NULL)
        return;
        
    double tmp;
    tmp = *p1;
    *p1 = *p2;
    *p2 = tmp;
} 

• 函数示例3：初始化液晶屏，获取显存入口指针

char * initLCD(void) // 该函数不接受参数，返回一个字符指针
{
    int lcd = open("/dev/fb0", O_RDWR);
    
    struct fb_var_screeninfo vinfo;
    ioctl(lcd, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo);
    int bpp  = vinfo.bits_per_pixel;
    int size = vinfo.xres * vinfo.yres * bpp/8;
    
   char * fbmem = mmap(NULL, size, PROT_READ, MAP_SHARED, lcd, 0);
   return fbmem;
} 

• 语法汇总：

1. 当函数的参数列表为 void 时，表示该函数不需要任何参数。
2. 当函数的返回类型为 void 时，表示该函数不返回任何数据。
3. 关键字 return 表示退出函数。①若函数头中规定有返回数据类型，则 return 需携带一个类型与之匹配的数据；②若函数头中规定返回类型为 void，则 return 不需携带参数。

实参与形参

• 概念：
  • 函数调用中的参数，被称为实参，即 arguments
  • 函数定义中的参数，被称为形参，即 parameters
• 实参与形参的关系：
  • 实参于形参的类型和个数必须一一对应。
  • 形参的值由实参初始化。
  • 形参与实参位于不同的内存区域，彼此独立。

• 示例：

// 函数定义中，x、y都属于形参，位于函数 max 的栈内存中
// 它们的值由实参一一对应初始化
int max(int x, int y)
{
    int z;
    z = x>y ? x : y;
    return z;
}

int main(void)
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int m;
        
    // 函数调用中，a、b都属于实参，存储于主函数 main 的栈内存中
    m = max(a, b);    
}

函数调用的流程

• 函数调用时，进程的上下文会切换到被调函数，当被调函数执行完毕之后再切换回去。

局部变量与栈内存

• 局部变量概念：凡是被一对花括号包含的变量，称为局部变量
• 局部变量特点：
  • 某一函数内部的局部变量，存储在该函数特定的栈内存中
  • 局部变量只能在该函数内可见，在该函数外部不可见
  • 当该函数退出后，局部变量所占的内存立即被系统回收，因此局部变量也称为临时变量
  • 函数的形参虽然不被花括号所包含，但依然属于该函数的局部变量
• 栈内存特点：
  • 每当一个函数被调用时，系统将自动分配一段栈内存给该函数，用于存放其局部变量
  • 每当一个函数退出时，系统将自动回收其栈内存
  • 系统为函数分配栈内存时，遵循从上（高地址）往下（低地址）分配的原则

• 示例代码：

int max(int x, int y) // 变量 x 和 y 存储在max()函数的栈中
{
    int z;            // 变量 z 存储在max()函数的栈中
    z = x>y ? x : y;
    return z;         // 函数退出后，栈中的x、y 和 z 被系统回收
}

int main(void)
{
    int a = 1; // 变量 a 存储在main()函数的栈中
    int b = 2; // 变量 b 存储在main()函数的栈中
    int m;     // 变量 m 存储在main()函数的栈中，未赋值因此其值为随机值
    
    m = max(a, b);
}

• 技术要点：
  • 栈内存相对而言是比较小的，不适合用来分配尺寸太大的变量。
  • return 之后不可再访问函数的局部变量，因此返回一个局部变量的地址通常是错误的。