C語言函式
阿新 • • 發佈：2020-12-27
1.C語言函式概述
在前面已經介紹過，C源程式是由函式組成的。雖然在前面各章的程式中大都只有一個主函式main()，但實用程式往往由多個函式組成。函式是C源程式的基本模組，通過對函式模組的呼叫實現特定的功能。C語言中的函式相當於其它高階語言的子程式。C語言不僅提供了極為豐富的庫函式(如Turbo C，MS C都提供了三百多個庫函式)，還允許使用者建立自己定義的函式。使用者可把自己的演算法編成一個個相對獨立的函式模組，然後用呼叫的方法來使用函式。 可以說C程式的全部工作都是由各式各樣的函式完成的，所以也把C語言稱為函式式語言。 由於採用了函式模組式的結構，C語言易於實現結構化程式設計。使程式的層次結構清晰，便於程式的編寫、閱讀、除錯。 在C語言中可從不同的角度對函式分類。 1) 從函式定義的角度看，函式可分為庫函式和使用者定義函式兩種。- 庫函式：由C系統提供，使用者無須定義，也不必在程式中作型別說明，只需在程式前包含有該函式原型的標頭檔案即可在程式中直接呼叫。在前面各章的例題中反覆用到printf、scanf、getchar、putchar、gets、puts、strcat等函式均屬此類。
- 使用者定義函式：由使用者按需要寫的函式。對於使用者自定義函式，不僅要在程式中定義函式本身，而且在主調函式模組中還必須對該被調函式進行型別說明，然後才能使用。
- 有返回值函式：此類函式被呼叫執行完後將向呼叫者返回一個執行結果，稱為函式返回值。如數學函式即屬於此類函式。由使用者定義的這種要返回函式值的函式，必須在函式定義和函式說明中明確返回值的型別。
- 無返回值函式：此類函式用於完成某項特定的處理任務，執行完成後不向呼叫者返回函式值。這類函式類似於其它語言的過程。由於函式無須返回值，使用者在定義此類函式時可指定它的返回為“空型別”，空型別的說明符為“void”。
- 無參函式：函式定義、函式說明及函式呼叫中均不帶引數。主調函式和被調函式之間不進行引數傳送。此類函式通常用來完成一組指定的功能，可以返回或不返回函式值。
- 有參函式：也稱為帶參函式。在函式定義及函式說明時都有引數，稱為形式引數(簡稱為形參)。在函式呼叫時也必須給出引數，稱為實際引數(簡稱為實參)。進行函式呼叫時，主調函式將把實參的值傳送給形參，供被調函式使用。
- 字元型別分類函式：用於對字元按ASCII碼分類：字母，數字，控制字元，分隔符，大小寫字母等。
- 轉換函式：用於字元或字串的轉換；在字元量和各類數字量(整型，實型等)之間進行轉換；在大、小寫之間進行轉換。
- 目錄路徑函式：用於檔案目錄和路徑操作。
- 診斷函式：用於內部錯誤檢測。
- 圖形函式：用於螢幕管理和各種圖形功能。
- 輸入輸出函式：用於完成輸入輸出功能。
- 介面函式：用於與DOS，BIOS和硬體的介面。
- 字串函式：用於字串操作和處理。
- 記憶體管理函式：用於記憶體管理。
- 數學函式：用於數學函式計算。
- 日期和時間函式：用於日期，時間轉換操作。
- 程序控制函式：用於程序管理和控制。
- 其它函式：用於其它各種功能。
2.C語言函式的定義
本節講解有參函式和無參函式的定義。①.無參函式的定義
無參函式定義的一般形式如下： 型別識別符號 函式名(){ 宣告部分 語句 } 其中型別識別符號和函式名稱為函式頭。型別識別符號指明瞭本函式的型別，函式的型別實際上是函式返回值的型別。該型別識別符號與前面介紹的各種說明符相同。函式名是由使用者定義的識別符號，函式名後有一個空括號，其中無引數，但括號不可少。 {}中的內容稱為函式體。在函式體中宣告部分，是對函式體內部所用到的變數的型別說明。 在很多情況下都不要求無參函式有返回值，此時函式型別符可以寫為void。 我們可以改寫一個函式定義：
void Hello(){ printf ("Hello,world \n");}
②.有參函式定義的一般形式
有參函式定義的一般形式如下： 型別識別符號 函式名(形式引數表列){ 宣告部分 語句 } 有參函式比無參函式多了一個內容，即形式引數表列。在形參表中給出的引數稱為形式引數，它們可以是各種型別的變數，各引數之間用逗號間隔。 在進行函式呼叫時，主調函式將賦予這些形式引數實際的值。形參既然是變數，必須在形參表中給出形參的型別說明。 例如，定義一個函式，用於求兩個數中的大數，可寫為：
int max(int a, int b){ if (a>b) return a; else return b;}
#include <stdio.h>int max(int a,int b){ if(a>b)return a; else return b;}int main(void){ int max(int a,int b); int x,y,z; printf("input two numbers:\n"); scanf("%d%d",&x,&y); z=max(x,y); printf("maxmum=%d",z); return 0;}
3.C語言函式的呼叫
前面已經說過，在程式中是通過對函式的呼叫來執行函式體的，其過程與其它語言的子程式呼叫相似。C語言中，函式呼叫的一般形式為： 函式名(實際引數表); 對無參函式呼叫時則無實際引數表。實際引數表中的引數可以是常數，變數或其它構造型別資料及表示式。各實參之間用逗號分隔。①.函式呼叫的方式
在C語言中，可以用以下幾種方式呼叫函式。 1) 函式表示式 函式作為表示式中的一項出現在表示式中，以函式返回值參與表示式的運算。這種方式要求函式是有返回值的。例如： z=max(x,y); 是一個賦值表示式，把max的返回值賦予變數z。 2) 函式語句 函式呼叫的一般形式加上分號即構成函式語句。例如：
printf ("%d",a);scanf ("%d",&b);
printf("%d",max(x,y));
#include <stdio.h>int main(void){ int i=8; printf("%d %d %d %d\n",++i,++i,--i,--i); return 0;}
②.被呼叫函式的宣告和函式原型
在主調函式中呼叫某函式之前應對該被調函式進行說明(宣告)，這與使用變數之前要先進行變數說明是一樣的。在主調函式中對被調函式作說明的目的是使編譯系統知道被調函式返回值的型別，以便在主調函式中按此種類型對返回值作相應的處理。其一般形式為： 型別說明符 被調函式名( 型別 形參, 型別 形參… ); 或為： 型別說明符 被調函式名( 型別, 型別…); 括號內給出了形參的型別和形參名，或只給出形參型別。這便於編譯系統進行檢錯，以防止可能出現的錯誤。 【例8-1】main函式中對max函式的說明為：
int max( int a, int b );
int max( int, int );
char str(int a);float f(float b);main(){ /* ...... */}char str(int a){ /* ...... */}float f(float b){ /* ...... */}
4.C語言函式的巢狀呼叫
C語言中不允許作巢狀的函式定義。因此各函式之間是平行的，不存在上一級函式和下一級函式的問題。但是C語言允許在一個函式的定義中出現對另一個函式的呼叫。這樣就出現了函式的巢狀呼叫。即在被調函式中又呼叫其它函式。這與其它語言的子程式巢狀的情形是類似的。其關係可表示如圖。
圖表示了兩層巢狀的情形。其執行過程是：執行main函式中呼叫a函式的語句時，即轉去執行a函式，在a函式中呼叫b 函式時，又轉去執行b函式，b函式執行完畢返回a函式的斷點繼續執行，a函式執行完畢返回main函式的斷點繼續執行。
【例8-4】計算s = 22! + 32!
本題可編寫兩個函式，一個是用來計算平方值的函式f1，另一個是用來計算階乘值的函式f2。主函式先調f1計算出平方值，再在f1中以平方值為實參，呼叫 f2計算其階乘值，然後返回f1，再返回主函式，在迴圈程式中計算累加和。
#include <stdio.h>long f1(int p){ int k; long r; long f2(int); k=p*p; r=f2(k); return r;}long f2(int q){ long c=1; int i; for(i=1;i<=q;i++) c=c*i; return c;}int main(void){ int i; long s=0; for (i=2;i<=3;i++) s=s+f1(i); printf("\ns=%ld\n",s); return 0;}
5.C語言函式的遞迴呼叫
一個函式在它的函式體內呼叫它自身稱為遞迴呼叫。這種函式稱為遞迴函式。C語言允許函式的遞迴呼叫。在遞迴呼叫中，主調函式又是被調函式。執行遞迴函式將反覆呼叫其自身，每呼叫一次就進入新的一層。例如有函式f如下：
int f(int x){ int y; z=f(y); return z;}
#include <stdio.h>long ff(int n){ long f; if(n<0) printf("n<0,input error"); else if(n==0||n==1) f=1; else f=ff(n-1)*n; return(f);}int main(void){ int n; long y; printf("\ninput a inteager number:\n"); scanf("%d",&n); y=ff(n); printf("%d!=%ld",n,y); return 0;}
6.C語言陣列作為函式引數
陣列用作函式引數有兩種形式，一種是把陣列元素(下標變數)作為實參使用；另一種是把陣列名作為函式的形參和實參使用。①.陣列元素作函式實參
陣列元素就是下標變數，它與普通變數並無區別。 因此它作為函式實參使用與普通變數是完全相同的，在發生函式呼叫時，把作為實參的陣列元素的值傳送給形參，實現單向的值傳送。【例5-4】說明了這種情況。 【例8-7】判別一個整數陣列中各元素的值，若大於0 則輸出該值，若小於等於0則輸出0值。程式設計如下：
#include <stdio.h>void nzp(int v){ if(v>0) printf("%d ",v); else printf("%d ",0);}int main(void){ int a[5],i; printf("input 5 numbers\n"); for(i=0;i<5;i++){ scanf("%d",&a[i]); nzp(a[i]); } return 0;}
②.陣列名作為函式引數
用陣列名作函式引數與用陣列元素作實參有幾點不同。 1) 用陣列元素作實參時，只要陣列型別和函式的形參變數的型別一致，那麼作為下標變數的陣列元素的型別也和函式形參變數的型別是一致的。因此，並不要求函式的形參也是下標變數。換句話說，對陣列元素的處理是按普通變數對待的。 用陣列名作函式引數時，則要求形參和相對應的實參都必須是型別相同的陣列，都必須有明確的陣列說明。當形參和實參二者不一致時，即會發生錯誤。 2) 在普通變數或下標變數作函式引數時，形參變數和實參變數是由編譯系統分配的兩個不同的記憶體單元。在函式呼叫時發生的值傳送是把實參變數的值賦予形參變數。在用陣列名作函式引數時，不是進行值的傳送，即不是把實引數組的每一個元素的值都賦予形引數組的各個元素。因為實際上形引數組並不存在，編譯系統不為形引數組分配記憶體。那麼，資料的傳送是如何實現的呢?在我們曾介紹過，陣列名就是陣列的首地址。因此在陣列名作函式引數時所進行的傳送只是地址的傳送，也就是說把實引數組的首地址賦予形引數組名。形引數組名取得該首地址之後，也就等於有了實在的陣列。實際上是形引數組和實引數組為同一陣列，共同擁有一段記憶體空間。
上圖說明了這種情形。圖中設a為實引數組，型別為整型。a佔有以2000為首地址的一塊記憶體區。b為形引數組名。當發生函式呼叫時，進行地址傳送，把實引數組a的首地址傳送給形引數組名b，於是b也取得該地址2000。於是a，b兩陣列共同佔有以2000為首地址的一段連續記憶體單元。從圖中還可以看出a和b下標相同的元素實際上也佔相同的兩個記憶體單元(整型陣列每個元素佔二位元組)。例如a[0]和b[0]都佔用2000和2001單元，當然a[0]等於b[0]。類推則有a[i]等於b[i]。
【例8-8】陣列a中存放了一個學生5門課程的成績，求平均成績。
#include <stdio.h>float aver(float a[5]){ int i; float av,s=a[0]; for(i=1;i<5;i++) s=s+a[i]; av=s/5; return av;}int main(void){ float sco[5],av; int i; printf("\ninput 5 scores:\n"); for(i=0;i<5;i++) scanf("%f",&sco[i]); av=aver(sco); printf("average score is %5.2f",av); return 0;}
#include <stdio.h>void nzp(int a[5]){ int i; printf("\nvalues of array a are:\n"); for(i=0;i<5;i++){ if(a[i]<0) a[i]=0; printf("%d ",a[i]); }}int main(void){ int b[5],i; printf("\ninput 5 numbers:\n"); for(i=0;i<5;i++) scanf("%d",&b[i]); printf("initial values of array b are:\n"); for(i=0;i<5;i++) printf("%d ",b[i]); nzp(b); printf("\nlast values of array b are:\n"); for(i=0;i<5;i++) printf("%d ",b[i]); return 0;}
#include <stdio.h>void nzp(int a[8]){ int i; printf("\nvalues of array aare:\n"); for(i=0;i<8;i++){ if(a[i]<0)a[i]=0; printf("%d ",a[i]); }}int main(void){ int b[5],i; printf("\ninput 5 numbers:\n"); for(i=0;i<5;i++) scanf("%d",&b[i]); printf("initial values of array b are:\n"); for(i=0;i<5;i++) printf("%d ",b[i]); nzp(b); printf("\nlast values of array b are:\n"); for(i=0;i<5;i++) printf("%d ",b[i]); return 0;}
#include <stdio.h>void nzp(int a[],int n){ int i; printf("\nvalues of array a are:\n"); for(i=0;i<n;i++){ if(a[i]<0) a[i]=0; printf("%d ",a[i]); }}int main(void){ int b[5],i; printf("\ninput 5 numbers:\n"); for(i=0;i<5;i++) scanf("%d",&b[i]); printf("initial values of array b are:\n"); for(i=0;i<5;i++) printf("%d ",b[i]); nzp(b,5); printf("\nlast values of array b are:\n"); for(i=0;i<5;i++) printf("%d ",b[i]); return 0;}
7.C語言區域性變數和全域性變數
在討論函式的形參變數時曾經提到，形參變數只在被呼叫期間才分配記憶體單元，呼叫結束立即釋放。這一點表明形參變數只有在函式內才是有效的，離開該函式就不能再使用了。 這種變數有效性的範圍稱變數的作用域。不僅對於形參變數，C語言中所有的量都有自己的作用域。變數說明的方式不同，其作用域也不同。 C語言中的變數，按作用域範圍可分為兩種，即區域性變數和全域性變數。①.區域性變數
區域性變數也稱為內部變數。區域性變數是在函式內作定義說明的。其作用域僅限於函式內， 離開該函式後再使用這種變數是非法的。例如：
int f1(int a){ int b,c; /* a,b,c僅在函式f1()內有效 */}int f2(int x){ int y,z; /* x,y,z僅在函式f2()內有效 */}main(){ int m,n; /* m,n僅在函式main()內有效 */}
- 主函式中定義的變數也只能在主函式中使用，不能在其它函式中使用。同時，主函式中也不能使用其它函式中定義的變數。因為主函式也是一個函式，它與其它函式是平行關係。這一點是與其它語言不同的，應予以注意。
- 形參變數是屬於被調函式的區域性變數，實參變數是屬於主調函式的區域性變數。
- 允許在不同的函式中使用相同的變數名，它們代表不同的物件，分配不同的單元，互不干擾，也不會發生混淆。如在前例中，形參和實參的變數名都為n，是完全允許的。
- 在複合語句中也可定義變數，其作用域只在複合語句範圍內。例如：
main(){ int s,a; /* …… */ { int b; s=a+b; /* ……*/ /*b作用域*/ } /* …… */ /*s,a作用域*/}
#include <stdio.h>int main(void){ int i=2, j=3, k; k=i+j; { int k=8; printf("%d\n",k); } printf("%d\n",k); return 0;}
②.全域性變數
全域性變數也稱為外部變數，它是在函式外部定義的變數。它不屬於哪一個函式，它屬於一個源程式檔案。其作用域是整個源程式。 在函式中使用全域性變數，一般應作全域性變數說明。只有在函式內經過說明的全域性變數才能使用。全域性變數的說明符為extern。但在一個函式之前定義的全域性變數，在該函式內使用可不再加以說明。例如： 從上例可以看出a、b、x、y 都是在函式外部定義的外部變數，都是全域性變數。但x、y 定義在函式f1之後，而在f1內又無對x、y的說明，所以它們在f1內無效。a、b定義在源程式最前面，因此在f1、f2及main內不加說明也可使用。 【例8-13】輸入正方體的長寬高l、w、h。求體積及三個面x*y、x*z、y*z的面積。
#include <stdio.h>int s1,s2,s3;int vs( int a,int b,int c){ int v; v=a*b*c; s1=a*b; s2=b*c; s3=a*c; return v;}int main(void){ int v,l,w,h; printf("input length,width and height: "); scanf("%d %d %d",&l,&w,&h); v=vs(l,w,h); printf("v=%d, s1=%d, s2=%d, s3=%d\n",v,s1,s2,s3); return 0;}
#include <stdio.h>int a=3, b=5; /* a,b為外部變數 */int max(int a,int b){ /* a,b為外部變數 */ int c; c=a>b ? a : b; return c;}int main(void){ int a=8; printf("%d\n",max(a,b)); return 0;}
8.C語言變數的儲存類別
①.動態儲存方式與靜態動態儲存方式
前面已經介紹了，從變數的作用域(即從空間)角度來分，可以分為全域性變數和區域性變數。 從另一個角度，從變數值存在的作時間(即生存期)角度來分，可以分為靜態儲存方式和動態儲存方式。- 靜態儲存方式：是指在程式執行期間分配固定的儲存空間的方式。
- 動態儲存方式：是在程式執行期間根據需要進行動態的分配儲存空間的方式。
②.auto變數
函式中的區域性變數，如不專門宣告為static儲存類別，都是動態地分配儲存空間的，資料儲存在動態儲存區中。 函式中的形參和在函式中定義的變數(包括在複合語句中定義的變數)，都屬此類，在呼叫該函式時系統會給它們分配儲存空間，在函式呼叫結束時就自動釋放這些儲存空間。 這類區域性變數稱為自動變數。自動變數用關鍵字auto作儲存類別的宣告。例如：
int f(int a){ /* 定義f函式，a為引數 */ auto int b,c=3; /*定義b，c自動變數*/ /* …… */}
③.用static宣告區域性變數
有時希望函式中的區域性變數的值在函式呼叫結束後不消失而保留原值，這時就應該指定區域性變數為“靜態區域性變數”，用關鍵字static進行宣告。 【例8-15】考察靜態區域性變數的值。
#include <stdio.h>int f(int a){ auto int b=0; static int c=3; b=b+1; c=c+1; return (a+b+c);}int main(void){ int a=2,i; for(i=0;i<3;i++) printf("%d\n",f(a)); return 0;}
- 靜態區域性變數屬於靜態儲存類別，在靜態儲存區內分配儲存單元。在程式整個執行期間都不釋放。而自動變數(即動態區域性變數)屬於動態儲存類別，佔動態儲存空間，函式呼叫結束後即釋放。
- 靜態區域性變數在編譯時賦初值，即只賦初值一次；而對自動變數賦初值是在函式呼叫時進行，每呼叫一次函式重新給一次初值，相當於執行一次賦值語句。
- 如果在定義區域性變數時不賦初值的話，則對靜態區域性變數來說，編譯時自動賦初值0(對數值型變數)或空字元(對字元變數)。而對自動變數來說，如果不賦初值則它的值是一個不確定的值。
#include <stdio.h>int fac(int n){ static int f=1; f=f*n; return f;}int main(void){ int i; for(i=1;i<=5;i++) printf("%d!=%d\n",i,fac(i)); return 0;}
④.register變數
為了提高效率，C語言允許將區域性變數得值放在CPU中的暫存器中，這種變數叫“暫存器變數”，用關鍵字register作宣告。 【例8-17】使用暫存器變數。
#include <stdio.h>int fac(int n){ register int i,f=1; for(i=1;i<=n;i++) f=f*i; return f;}int main(void){ int i; for(i=0;i<=5;i++) printf("%d!=%d\n",i,fac(i)); return 0;}
- 只有區域性自動變數和形式引數可以作為暫存器變數；
- 一個計算機系統中的暫存器數目有限，不能定義任意多個暫存器變數；
- 區域性靜態變數不能定義為暫存器變數。
⑤.用extern宣告外部變數
外部變數(即全域性變數)是在函式的外部定義的，它的作用域為從變數定義處開始，到本程式檔案的末尾。如果外部變數不在檔案的開頭定義，其有效的作用範圍只限於定義處到檔案終了。 如果在定義點之前的函式想引用該外部變數，則應該在引用之前用關鍵字extern對該變數作“外部變數宣告”。表示該變數是一個已經定義的外部變數。有了此宣告，就可以從“宣告”處起，合法地使用該外部變數。 【例8-18】用extern宣告外部變數，擴充套件程式檔案中的作用域。
#include <stdio.h>int max(int x,int y){ int z; z=x>y?x:y; return z;}int main(void){ extern A,B; printf("%d\n",max(A,B)); return 0;}int A=13, B=-8;