# 函数 ## 概述 ### 函数分类 C 程序是由函数组成的，我们写的代码都是由主函数 main()开始执行的。函数是 C 程序的基本模块，是用于完成特定任务的程序代码单元。 从函数定义的角度看，函数可分为系统函数和用户定义函数两种： - 系统函数，即库函数：这是由编译系统提供的，用户不必自己定义这些函数，可以直接使用它们，如我们常用的打印函数printf()。 - 用户定义函数：用以解决用户的专门需要。 ### 函数的作用 - 函数的使用可以省去重复代码的编写，降低代码重复率 ``` // 求两数的最大值 int max(int a, int b) { if (a > b){ return a; } else{ return b; } } int main() { // 操作1 …… // …… int a1 = 10, b1 = 20, c1 = 0; c1 = max(a1, b1); // 调用max() // 操作2 …… // …… int a2 = 11, b2 = 21, c2 = 0; c2 = max(a2, b2); // 调用max() // …… return 0; } ``` - 函数可以让程序更加模块化，从而有利于程序的阅读，修改和完善 假如我们编写一个实现以下功能的程序：读入一行数字；对数字进行排序；找到它们的平均值；打印出一个柱状图。如果我们把这些操作直接写在main()里，这样可能会给用户感觉代码会有点凌乱。但，假如我们使用函数，这样可以让程序更加清晰、模块化： ``` #include int main() { float list[50]; // 这里只是举例，函数还没有实现 readlist(list, 50); sort(list, 50); average(list, 50); bargraph(list, 50); return 0; } ``` 这里我们可以这么理解，程序就像公司，公司是由部门组成的，这个部门就类似于C程序的函数。默认情况下，公司就是一个大部门( 只有一个部门的情况下 )，相当于C程序的main()函数。如果公司比较小( 程序比较小 )，因为任务少而简单，一个部门即可( main()函数 )胜任。但是，如果这个公司很大( 大型应用程序 )，任务多而杂，如果只是一个部门管理( 相当于没有部门，没有分工 )，我们可想而知，公司管理、运营起来会有多混乱，不是说这样不可以运营，只是这样不完美而已，如果根据公司要求分成一个个部门( 根据功能封装一个一个函数 )，招聘由行政部门负责，研发由技术部门负责等，这样就可以分工明确，结构清晰，方便管理，各部门之间还可以相互协调。 ### 函数的调用：产生随机数 当调用函数时，需要关心5要素： - 头文件：包含指定的头文件 - 函数名字：函数名字必须和头文件声明的名字一样 - 功能：需要知道此函数能干嘛后才调用 - 参数：参数类型要匹配 - 返回值：根据需要接收返回值 ``` #include time_t time(time_t *t); 功能：获取当前系统时间 参数：常设置为NULL 返回值：当前系统时间, time_t 相当于long类型，单位为毫秒 #include void srand(unsigned int seed); 功能：用来设置rand()产生随机数时的随机种子 参数：如果每次seed相等，rand()产生随机数相等 返回值：无 #include int rand(void); 功能：返回一个随机数值 参数：无 返回值：随机数 ``` ``` #include #include #include int main() { time_t tm = time(NULL);//得到系统时间 srand((unsigned int)tm);//随机种子只需要设置一次即可 int r = rand(); printf("r = %d\n", r); return 0; } ``` ## 函数的定义 ### 函数定义格式 函数定义的一般形式： ``` 返回类型 函数名(形式参数列表) { 数据定义部分; 执行语句部分; } ``` ![20150310105403075](assets/clip_image002-1626249413654.jpg) ### 函数名字、形参、函数体、返回值 1. 函数名 理论上是可以随意起名字，最好起的名字见名知意，应该让用户看到这个函数名字就知道这个函数的功能。注意，函数名的后面有个圆换号()，代表这个为函数，不是普通的变量名。 2. 形参列表 在定义函数时指定的形参，在未出现函数调用时，它们并不占内存中的存储单元，因此称它们是形式参数或虚拟参数，简称形参，表示它们并不是实际存在的数据，所以，形参里的变量不能赋值。 ``` void max(int a = 10, int b = 20) // error, 形参不能赋值 { } ``` 在定义函数时指定的形参，必须是，类型+变量的形式： ``` //1: right, 类型+变量 void max(int a, int b) { } //2: error, 只有类型，没有变量 void max(int, int) { } //3: error, 只有变量，没有类型 int a, int b; void max(a, b) { } ``` 在定义函数时指定的形参，可有可无，根据函数的需要来设计，如果没有形参，圆括号内容为空，或写一个void关键字： ``` // 没形参， 圆括号内容为空 void max() { } // 没形参， 圆括号内容为void关键字 void max(void) { } ``` 3. 函数体 花括号{ }里的内容即为函数体的内容，这里为函数功能实现的过程，这和以前的写代码没太大区别，以前我们把代码写在main()函数里，现在只是把这些写到别的函数里。 4. 返回值 函数的返回值是通过函数中的return语句获得的，return后面的值也可以是一个表达式。 尽量保证return语句中表达式的值和函数返回类型是同一类型。 ``` int max() // 函数的返回值为int类型 { int a = 10; return a;// 返回值a为int类型，函数返回类型也是int，匹配 } ``` 如果函数返回的类型和return语句中表达式的值不一致，则以函数返回类型为准，即函数返回类型决定返回值的类型。对数值型数据，可以自动进行类型转换。 ``` double max() // 函数的返回值为double类型 { int a = 10; return a;// 返回值a为int类型，它会转为double类型再返回 } ``` ```{warning} 如果函数返回的类型和return语句中表达式的值不一致，而它又无法自动进行类型转换，程序则会报错。 ``` return语句的另一个作用为中断return所在的执行函数，类似于break中断循环、switch语句一样。 ``` int max() { return 1;// 执行到，函数已经被中断，所以下面的return 2无法被执行到 return 2;// 没有执行 } ``` 如果函数带返回值，return后面必须跟着一个值，如果函数没有返回值，函数名字的前面必须写一个void关键字，这时候，我们写代码时也可以通过return中断函数(也可以不用)，只是这时，return后面不带内容( 分号“；”除外)。 ``` void max()// 最好要有void关键字 { return; // 中断函数，这个可有可无 } ``` ## 函数的调用 **定义函数后，我们需要调用此函数才能执行到这个函数里的代码段**。这和main()函数不一样，main()为编译器设定好自动调用的主函数，无需人为调用，我们都是在main()函数里调用别的函数，**一个 C 程序里有且只有一个main()函数。** ### 函数执行流程 ``` #include void print_test() { printf("this is for test\n"); } int main() { print_test(); // print_test函数的调用 return 0; } ``` 1. 进入main()函数 2. 调用print_test()函数： a. 它会在main()函数的前寻找有没有一个名字叫“print_test”的函数定义； b. 如果找到，接着检查函数的参数，这里调用函数时没有传参，函数定义也没有形参，参数类型匹配； c. 开始执行print_test()函数，这时候，main()函数里面的执行会阻塞( 停 )在print_test()这一行代码，等待print_test()函数的执行。 3. print_test()函数执行完( 这里打印一句话 )，main()才会继续往下执行，执行到return 0, 程序执行完毕。 ### 函数的形参和实参 - 形参出现在函数定义中，在整个函数体内都可以使用，离开该函数则不能使用。 - 实参出现在主调函数中，进入被调函数后，实参也不能使用。 - 实参变量对形参变量的数据传递是“值传递”，即单向传递，只由实参传给形参，而不能由形参传回来给实参。 - 在调用函数时，编译系统临时给形参分配存储单元。调用结束后，形参单元被释放。 - 实参单元与形参单元是不同的单元。调用结束后，形参单元被释放，函数调用结束返回主调函数后则不能再使用该形参变量。实参单元仍保留并维持原值。因此，在执行一个被调用函数时，形参的值如果发生改变，并不会改变主调函数中实参的值。 ### 无参函数调用 如果是调用无参函数，则不能加上“实参”，但括号不能省略。 ``` // 函数的定义 void test() { } int main() { // 函数的调用 test(); // right, 圆括号()不能省略 test(250); // error, 函数定义时没有参数 return 0; } ``` ### 有参函数调用 如果实参表列包含多个实参，则各参数间用逗号隔开 ``` // 函数的定义 void test(int a, int b) { } int main() { int p = 10, q = 20; test(p, q); // 函数的调用 return 0; } ``` 实参与形参的个数应相等，类型应匹配(相同或赋值兼容)。实参与形参按顺序对应，一对一地传递数据。 实参可以是常量、变量或表达式，无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须具有确定的值，以便把这些值传送给形参。所以，这里的变量是在圆括号( )外面定义好、赋好值的变量。 ``` // 函数的定义 void test(int a, int b) { } int main() { // 函数的调用 int p = 10, q = 20; test(p, q); // right test(11, 30 - 10); // right test(int a, int b); // error, 不应该在圆括号里定义变量 return 0; } ``` ### 函数返回值 如果函数定义没有返回值，函数调用时不能写void关键字，调用函数时也不能接收函数的返回值。 ``` // 函数的定义 void test() { } int main() { // 函数的调用 test(); // right void test(); // error, void关键字只能出现在定义，不可能出现在调用的地方 int a = test(); // error, 函数定义根本就没有返回值 return 0; } ``` 如果函数定义有返回值，这个返回值我们根据用户需要可用可不用，但是，假如我们需要使用这个函数返回值，我们需要定义一个匹配类型的变量来接收。 ``` // 函数的定义, 返回值为int类型 int test() { } int main() { // 函数的调用 int a = test(); // right, a为int类型 int b; b = test(); // right, 和上面等级 char *p = test(); // 虽然调用成功没有意义, p为char *, 函数返回值为int, 类型不匹配 // error, 必须定义一个匹配类型的变量来接收返回值 // int只是类型，没有定义变量 int = test(); // error, 必须定义一个匹配类型的变量来接收返回值 // int只是类型，没有定义变量 int test(); return 0; } ``` ## 函数的声明 如果使用用户自己定义的函数，而该函数与调用它的函数（即主调函数）不在同一文件中，或者函数定义的位置在主调函数之后，则必须在调用此函数之前对被调用的函数作声明。 所谓函数声明，就是在函数尚在未定义的情况下，事先将该函数的有关信息通知编译系统，相当于告诉编译器，函数在后面定义，以便使编译能正常进行。 ```{warning} 一个函数只能被定义一次，但可以声明多次。 ``` ``` #include int max(int x, int y); // 函数的声明，分号不能省略 // int max(int, int); // 另一种方式 int main() { int a = 10, b = 25, num_max = 0; num_max = max(a, b); // 函数的调用 printf("num_max = %d\n", num_max); return 0; } // 函数的定义 int max(int x, int y) { return x > y ? x : y; } ``` **函数定义和声明的区别：** - 定义是指对函数功能的确立，包括指定函数名、函数类型、形参及其类型、函数体等，它是一个完整的、独立的函数单位。 - 声明的作用则是把函数的名字、函数类型以及形参的个数、类型和顺序(注意，不包括函数体)通知编译系统，以便在对包含函数调用的语句进行编译时，据此对其进行对照检查（例如函数名是否正确，实参与形参的类型和个数是否一致）。 ### main函数与exit函数 在main函数中调用exit和return结果是一样的，但在子函数中调用return只是代表子函数终止了，在子函数中调用exit，那么程序终止。 ``` #include #include void fun() { printf("fun\n"); //return; exit(0); } int main() { fun(); while (1); return 0; } ``` ## 多文件(分文件)编程 ### 分文件编程 - 把函数声明放在头文件xxx.h中，在主函数中包含相应头文件 - 在头文件对应的xxx.c中实现xxx.h声明的函数 ![2016-06-04_014552](assets/clip_image002-1626253354620.jpg) ### 防止头文件重复包含 当一个项目比较大时，往往都是分文件，这时候有可能不小心把同一个头文件 include 多次，或者头文件嵌套包含。 a.h 中包含 b.h ： ``` #include "b.h" ``` b.h 中包含 a.h： ``` #include "a.h" ``` main.c 中使用其中头文件： ``` #include "a.h" int main() { return 0; } ``` 编译上面的例子，会出现如下错误： ![20160301104508123](assets/clip_image002-1626253432079.jpg) 为了避免同一个文件被include多次，C/C++中有两种方式，一种是 #ifndef 方式，一种是 #pragma once 方式。 方法一: ``` #ifndef __SOMEFILE_H__ #define __SOMEFILE_H__ // 声明语句 #endif ``` 方法二： ``` #pragma once // 声明语句 ```