匠心制作-初学C语言：第3节 - 函数

已于 2024-05-03 16:14:20 修改
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分类专栏： C语言 文章标签： c语言 开发语言
于 2024-05-03 16:11:16 首次发布
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本文详细介绍了C语言中函数的相关知识，包括函数的定义、分类（库函数和自定义函数）、参数（实参和形参）、调用方式（传值和传址）、嵌套调用与链式访问、声明和定义，还阐述了函数递归的概念、必要条件及与迭代的对比，并给出了相关练习示例。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

详解代码：Gatsby_Daisy/c语言 - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

-想看代码范围请看最下面的 C语言-PDF与test详情.md

-该章节代码：test_7, test3_5,test_3_7

3 - 函数

  1. 函数是什么
  2. 库函数
  3. 自定义函数
  4. 函数参数
  5. 函数调用
  6. 函数的嵌套调用和链式访问
  7. 函数的声明和定义
  8. 函数递归

1. 函数是什么？

数学中我们常见到函数的概念。但是你了解C语言中的函数吗？

维基百科中对函数的定义：子程序

在计算机科学中，子程序（英语：Subroutine, procedure, function, routine, method, subprogram, callable unit），是一个大型程序中的某部分代码， 由一个或多个语句块组 成。它负责完成某项特定任务，而且相较于其他代 码，具备相对的独立性。

一般会有输入参数并有返回值，提供对过程的封装和细节的隐藏。这些代码通常被集成为软件库。

2. C语言中函数的分类：

  1. 库函数
  2. 自定义函数
2.1 库函数

为什么会有库函数？

  1. 我们知道在我们学习C语言编程的时候，总是在一个代码编写完成之后迫不及待的想知道结果，

    想把这个结果打印到我们的屏幕上看看。这个时候我们会频繁的使用一个功能：

    将信息按照一定的格 式打印到屏幕上（printf）。

  2. 在编程的过程中我们会频繁的做一些字符串的拷贝工作（strcpy）。

  3. 在编程是我们也计算，总是会计算n的k次方这样的运算（pow）。

像上面我们描述的基础功能，它们不是业务性的代码。我们在开发的过程中每个程序员都可能用的到， 为了支持可移植性和提高程序的效率，所以C语言的基础库中提供了一系列类似的库函数，方便程序员 进行软件开发。

那怎么学习库函数呢？

让我们一起看看：cplusplus.com/reference/

在这里插入图片描述

简单的总结，C语言常用的库函数都有：

  • IO函数
  • 字符串操作函数
  • 字符操作函数
  • 内存操作函数
  • 时间/日期函数
  • 数学函数
  • 其他库函数

我们一起来学习一些库函数：

strcpy的学习

在这里插入图片描述

printf的学习

在这里插入图片描述

注：

但是库函数必须知道的一个秘密就是：使用库函数，必须包含 #include 对应的头文件。

这里对照文档来学习上面几个库函数，目的是掌握库函数的使用方法。

2.1.1 如何学会使用库函数

真的需要全部记住？ 当然不用

此时就要学会检索工具：

MSDN (Microsoft Developer Network)

cplusplus.com - The C++ Resources Network

cppreference.com (English)

cppreference.com(中文版)

英文平时多看看也有好处 👍

2.2 自定义函数

如果库函数能解决所有的事情，那我们不是要失业啦？

所以 自定义函数 很重要

自定义函数和库函数一样，有函数名，返回值类型和函数参数。

但是不一样的是这些都是我们自己来设计。这给程序员一个很大的发挥空间。

函数的组成：

ret_type fun_name(para1, * )
{
    statement;//语句项
}
ret_type 返回类型
fun_name 函数名
para1    函数参数

举个例子：

写一个函数可以找出两个整数之间的最大值

//get_max 函数的设计
int get_max(int x, int y)
{
    int z = 0;
    if (x > y) {
        z = x;
    }
    else
    {
        z = y;
    }
    return z;// 返回z -返回最大值
}
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    //函数的调用
    //int max = get_max(a, b);
    //int max = get_max(2 + 5, 3);
    int max = get_max(2 + 5, get_max(4, 7));
    printf("max =%d\n", max);
    return 0;
}

3. 函数的参数

3.1 实际参数（实参）

真实传给函数的参数，叫实参

实参可以是：常量、变量、表达式、函数等

无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参

3.2 形式参数（形参）

形式参数是指函数名后括号中的变量，因为形式参数只有在函数被调用的过程中才实例化（分配内存单元），所以叫形式参数。

形式参数当函数调用完成之后就自动销毁了。因此形式参数只在函数中有效。

以图示例：

在这里插入图片描述

在图中可以看到在调用get_max函数时，x，y拥有自己的空间，用时拥有了和实参一模一样的内容。

这就表示： 形参实例化后，相当于实参的一份临时拷贝。

4. 函数的调用

4.1 传值调用

函数的形参和实参分别占有不同内存块，对形参的修改不会影响实参。

4.2 传址调用
  • 传址调用是把函数外部创建变量的内存地址传递给函数参数的一种调用函数的方式。
  • 这种传参方式可以让函数和函数外边的变量建立起真正的联系，也就是函数内部可以直接操 作函数外部的变量。

举个例子：

//函数返回类型的地方写出：void，表示这个函数不返回任何值，也不需要返回
//写出问题了！
void Swap(int x, int y)
{
    int z = 0;
    z = x;
    x = y;
    y = z;
}
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    //写一个函数 - 交换2个整型变量的值
    printf("交换前: a=%d b=%d\n", a, b);
    Swap(a, b);
    printf("交换后: a=%d b=%d\n", a, b);
    //此时a，b并没能交换成功
    return 0;
}
//解释：
//swap在被调用的时候，实参传给形参，其实形参是实参的一份临时拷贝
//改变形参，不能改变实参

传址调用:

//正确写法
void Swap2(int* pa ,int* pb)
{
    int z = 0;
    z = *pa;
    *pa = *pb;
    *pb = z;
}

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    //写一个函数 - 交换2个整型变量的值
    printf("交换前: a=%d b=%d\n", a, b);
    Swap2(&a, &b);
    printf("交换后: a=%d b=%d\n", a, b);
    return 0;
}
4.3 练习
  1. 写一个函数可以判断一个数是不是素数。
  2. 写一个函数判断一年是不是闰年。
  3. 写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找。
  4. 写一个函数，每调用一次这个函数，就会将num的值增加1。
// 写一个函数可以判断一个数是不是素数
#include<math.h>
//这里有一个情况需要说明  
//在is_prime函数中不建议这样写代码
// 因为有了printf 使得函数功能不够单一，或者说健壮性不好
/*int is_prime(int n)
{
	//2->n-1 之间的数字
	int j = 0;
	for (j = 2; j < n; j++)
	{
		if (n % j == 0)
		{
			//printf("%d 不是素数\n", n);
			return 0;
		}
	}
	printf("%d 是素数\n", n);
	return 1;
}*/
int is_prime(int n) 
{
	//2-> n-1之间的数字
	int j = 0;
	for (j = 2; j <= sqrt(n); j++)
	{
		if (n % j == 0)
		{
			return 0;
		}
	}
	return 1;
}
int main()
{
	//100-200之间的素数
	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 100; i <= 200; i++)
	{
		//判断i是否为素数
		if (is_prime(i) == 1)
		{
			printf("%d ", i);
			count++;
		}
	}
	printf("\ncount = %d\n", count);
	return 0;
}

//写一个函数判断一年是不是闰年
//is_leap_year
//如果判断是闰年返回1
//不是闰年，返回0

//注： 一个函数如果不写返回类型，默认返回int类型
//方法一：
int is_leap_year(int n)
{
	if ((n % 4 == 0 && n % 100 != 0) || (n % 400 == 0))
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
}
//方法二：直接return 返回值 - 链式访问
int is_leap_year(int n)
{
	return ((n % 4 == 0 && n % 100 != 0) || (n % 400 == 0));
}

int main()
{
	int y = 0;
	for (y = 1000; y <= 2000; y++)
	{
		if (is_leap_year(y) == 1)
		{
			printf("%d  ", y);
		}
	}
	return 0;
}    

//写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找

//binary_search
//先看第一个代码，是否有问题？
//倘若函数调用不传函数个数，在函数的定义里求函数个数可否行？
//结果是找不到--为什么？
//实际上：数组arr传参，实际传递的不是数组的本身
//仅仅传过去了数组首元素的地址
int binary_search(int* a, int k)
int binary_search(int a[], int k)
{
	//也就是 此时的int a[]是一个指针（数组可看作是指针），32位的指针的大小是4字节，
	//然后再 / sizeof(a[0] 结果就是 1，最后 right= sz -1 结果是0
	//所以从一开始，函数就没用查找
	int left = 0;
	int sz = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
	int right = sz - 1;
	while (left <= right)
	{
		int mid = (left + right) / 2;
		if (a[mid] > k)
		{
			right = mid - 1;
		}
		else if (a[mid] < k)
		{
			left = mid + 1;
		}
		else
		{
			return mid;
		}
	}
	return -1;//找不到
}
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int key = 7;
	//找到了就返回找到的位置的下标
	//找不到返回-1
	//实际上：数组arr传参，实际传递的不是数组的本身
    //仅仅传过去了数组首元素的地址
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int ret = binary_search(arr, key);
	if (-1 == ret)
	{
		printf("找不到\n");
	}
	else
	{
		printf("找到了，下标是: %d\n", ret);
	}
	return 0;
}


//正确：
int binary_search(int a[], int k, int s)
{
    int left = 0;
    int right = s - 1;
    while (left <= right)
    {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (a[mid] > k)
        {
            right = mid - 1;
        }
        else if(a[mid] < k)
        {
            left = mid + 1;
        }
        else
        {
            return mid;
        }
    }
    return -1;//找不到
}
int main()
{
    int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int key = 7;
    //找到了就返回找到的位置的下标
    //找不到返回-1
    //实际上：数组arr传参，实际传递的不是数组的本身
    //仅仅传过去了数组首元素的地址
    int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int ret = binary_search(arr, key, sz);
    if (-1 == ret)
    {
        printf("找不到\n");
    }
    else
    {
        printf("找到了，下标是: %d\n",ret);
    }
    return 0;
}

//写一个函数，每调用一次这个函数，就会将 num 的值增加1

void Add(int* p) //这里用指针
{
	(*p)++;
}
int main()
{
	int num = 0;
	Add(&num);//需要改变原来的值 & - 传址调用
	printf("%d\n", num);//1

	Add(&num);//需要改变原来的值 &
	printf("%d\n", num);//2
	return 0;
}

上面代码提及了 链式访问，下面我们来看看何为链式访问。

5. 函数的嵌套调用和链式访问

函数和函数之间可以根据实际的需求进行组合的，也就是互相调用的。

5.1 嵌套调用
//嵌套
void test3()
{
	printf("hhe\n");
}
int test2()
{
	test3();
	return 0;
}
int main()
{
	test2();
	return 0;
}

函数可以嵌套调用，但是不能嵌套定义。

5.2 链式访问

把一个函数的返回值作为另外一个函数的参数

int main()
{
	int len = strlen("abc");
	printf("%d\n", len);

	//链式访问
	printf("%d\n", strlen("abc"));

	char arr1[20] = { 0 };
	char arr2[] = "bit";
	strcpy(arr1, arr2);
	printf("%s\n", arr1);

	printf("%s\n", strcpy(arr1, arr2));

	//难题
	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));//结果是什么？
    //  1             2                  43  -> 4321
	//printf -> 函数返回的是打印在屏幕上的字符个数
	// 43 2 1
	return 0;
}

6. 函数的声明和定义

6.1 函数声明：
  1. 告诉编译器有一个函数叫什么，参数是什么，返回类型是什么。但是具体是不是存在，函数声明决定不了。
  2. 函数的声明一般出现在函数的使用之前。要满足先声明后使用。
  3. 函数的声明一般要放在头文件中的。
6.2 函数定义

函数的定义是指函数的具体实现，交待函数的功能实现

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;

	//函数声明一下 - 告知
	int Add(int x, int y);

	int c = Add(a, b);

	printf("%d\n", c);
	return 0;
}
//或者放在test.h的内容
//函数的声明
int Add(int x, int y);

//放在test.c的内容
//函数的定义
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

分文件的书写形式：

//假设写一个计算器
//A - 加法
//B - 减法
//...
//每个程序员该怎么写呢
//A 创建头文件里创建add.h的文件 以及 add.c源文件
//程序员E 集成

#include "add.h"
#include "sub.h"

//导入静态库
#pragma comment(lib,"sub.lib")
//47课 34分
//假设程序猿不会写加减乘除，那就买一个别人写的吧
//按照上面的说法，比如加法来说 有add.h 和add.c文件
//卖的人想不卖自己的源代码，就给他发了一个静态和add.h文件，那该如何使用？
//卖的人怎么做：
//创建一个新项目，把原来的sub.c 和sub.h文件复制到该新项目，右击项目名称，点击属性，常规，配置类型，再选择静态库lib.
// 然后把这个lib静态库和sub.h文件卖给被人
//使用的人：
//把sub.h文件添加到项目，还要导入静态库
//
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	//int c = Add(a, b);
	int c = Sub(a, b);
	printf("%d\n", c);
	return 0;
}

7. 函数递归

7.1 什么时递归？

程序调用自身的编程技巧称为递归（ recursion）。

递归做为一种算法在程序设计语言中广泛应用。 一个过程或函数在其定义或说明中有直接或间接调用自身的 一种方法，

它通常把一个大型复杂的问题层层转化为一个与原问题相似的规模较小的问题来求解，递归策略只需少量的程序就可描述出解题过程所需要的多次重复计算，大大地减少了程序的代码量。

递归的主要思考方式在于：把大事化小

7.2 递归的两个必要条件
  • 存在限制条件，当满足这个限制条件的时候，递归便不再继续
  • 每次递归调用之后越来越接近这个限制条件

练习：

//1.接受一个整型值（无符号），按照顺序打印它的每一位。
//例如：
//输入：1234，输出 1 2 3 4
//递归怎么做？(大事化小)
//print(1234)
//print(123)   4
//print(12)  3 4
//print(1) 2 3 4
void print(unsigned int n)
{
	if (n > 9)
	{
		print(n / 10);
		//过程就是 n >9的话先 n/10一直循环直到n不大于9，这时，
		//循环从最下面的printf返回到上一级，如此直到最上层，
		//比如例子1234，那么最下层就是1不大于9，执行printf语句，返回1
		//再到它的上一层，就是12，12 % 10 =2，然后返回 2，一直到最上层，结束
	}
	printf("%d ", n % 10);
}
int main()
{
	unsigned int num = 0;
	scanf("%u", &num);
	//递归 - 函数自己调用自己
	print(num);//print函数可以打印参数部分数字的每一位
	return 0;
}

补充知识点：

//执行会栈溢出（stack overflow），下面讲以下原理

void test(int n)
{
	if (n < 10000)
	{
		test(n + 1);
	}
}

int main()
{
	int a = 10;
	test(1);
	return 0;
}
//内存的划分
// 栈区  局部变量
//       函数形参
//
//堆区  动态内存分配
//      malloc/free
//      calloc
//      realloc
//
//静态区  全局变量
//        静态变量

//内存的栈区
//...
//test2
//test2
//test1
//test1
//main 的栈帧空间
//main 的栈帧空间

//重要网站：stackoverflow.com   程序猿的知乎！！！！

//2.编写函数不允许创建临时变量，求字符串的长度
//普遍的方法：
int my_strlen(char* str)
{
	int count = 0;
	while (*str != '\0')
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}

//大事化小的分析：
//my_strlen("bit")
//1+my_strlen("it")
//1+1+my_strlen("t")
//1+1+1+my_strlen("")
//1+1+1+0 =3   (大事化小)
int my_strlen(char* str)
{
    if(*str != '\0')
    {
        return 1 + my_strlen(str+1);
    }
    else
        return 0;
}
int main()
{
    char arr[] = "bit";
    //['b']['i']['t']['\0']
	//模拟实现一个strlen函数
    printf("%d\n",my_strlen(arr));
    return 0;
}
7.3 递归与迭代

练习：

//1.求n的阶乘。（不考虑溢出）
//迭代方法：
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int i = 0;
	int ret = 1;
	//迭代
	for (i = 1; i <= n; i++)
	{
		ret = ret * i;
	}
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}
//递归方法：
int Fac(int n)
{
	if (n <= 1)
		return 1;
	else
	{
		return n * Fac(n - 1);
	}
}
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int ret = Fac(n);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}
//有一些功能：可以使用迭代的方式实现，也可以使用递归


//2.求第n个斐波那契数。（不考虑溢出）
// 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 ...
//方法一：
int count = 0;
int Fib(int n)
{
	//统计第3个斐波那契数的计算机次数
	if (n == 3)
		count++;
	if (n <= 2)
	{
		return 1;
	}
	else
	{
		return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);
	}
}
//若输入50，要等很久，分析一下
//在代码中，有很多是重复的
//                     50         
//        49                          48
//    48     47                   47      46
//所以我们来求以下，第三个数字计算机打印的次数
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int ret =Fib(n);
	printf("%d\n", ret);
	printf("count = %d\n", count);
	return 0;
}

//方法二：
int Fib(int n)
{
	int a = 1;
	int b = 1;
	//int c = 0;  这是输入2，结果应是1 ，但是却为0；
	int c = 1;
	while (n >2)
	{
		c = a + b;
		a = b;
		b = c;
		n--;
	}
	return c;
}
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int ret = Fib(n);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

提示：

  1. 许多问题是以递归的形式进行解释的，这只是因为它比非递归的形式更为清晰。
  2. 但是这些问题的迭代实现往往比递归实现效率更高，虽然代码的可读性稍微差些。
  3. 当一个问题相当复杂，难以用迭代实现时，此时递归实现的简洁性便可以补偿它所带来的运行时开销。
	count++;
if (n <= 2)
{
	return 1;
}
else
{
	return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);
}

}
//若输入50，要等很久，分析一下
//在代码中，有很多是重复的
// 50
// 49 48
// 48 47 47 46
//所以我们来求以下，第三个数字计算机打印的次数
int main()
{
int n = 0;
scanf(“%d”, &n);
int ret =Fib(n);
printf(“%d\n”, ret);
printf(“count = %d\n”, count);
return 0;
}

//方法二：
int Fib(int n)
{
int a = 1;
int b = 1;
//int c = 0; 这是输入2，结果应是1 ，但是却为0；
int c = 1;
while (n >2)
{
c = a + b;
a = b;
b = c;
n–;
}
return c;
}
int main()
{
int n = 0;
scanf(“%d”, &n);
int ret = Fib(n);
printf(“%d\n”, ret);
return 0;
}


**提示：**

> 1. 许多问题是以递归的形式进行解释的，这只是因为它比非递归的形式更为清晰。 
> 2. 但是这些问题的迭代实现往往比递归实现效率更高，虽然代码的可读性稍微差些。
> 3. 当一个问题相当复杂，难以用迭代实现时，此时递归实现的简洁性便可以补偿它所带来的运行时开销。

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本章完
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