探索C语言{函数}的奥秘与精彩

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一、函数的概念

  • 函数是 C 语言中非常重要的概念，它是将一段具有特定功能的代码块进行封装，以便重复使用和管理。
  • 在C语⾔中⼀般会用到两类函数：
    • 库函数
    • 自定义函数

二、库函数

1、标准库和头文件

  • C语言给我们规定了各种语法规则，但不提供库函数；国际标准的ANSI C规定了一些常用的函数的标准，被称为标准库。
  • 不同的编译器厂商根据ANSI提供的C语言标准，将一系列函数进行实现，这些函数就被称为库函数。
  • C语言中库函数相关头文件资料可参考：C 标准库头文件

2、库函数的一般格式

  • 以一个简单的数学库函数 sqrt() 为例，其一般格式为：
	 result = sqrt(value);
  • 其中 sqrt() 是函数名， value 是要计算平方根的数值， result 是得到的结果。不同的库函数有不同的参数要求和返回值类型，需要根据具体函数的文档进行正确使用。

3、库函数的使用方法

int main(void)
{
	float x = 0.0;
	float y = 0.0;
	float z = 0.0;
	printf("输入三个数值:\n");
	scanf("%f %f %f", &x, &y, &z);
	printf("(x*y)+z=%f", fmaf(x,y,z));
	return 0;
}

运算结果：
在这里插入图片描述

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

三、自定义函数

1、函数的语法形式

  • 自定义函数是程序员自行创造，能带给代码更多的可能性，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

在这里插入图片描述

  • 函数就像是一个加⼯⼚，参数就是输入的原材料，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。
    • fun_name 是为了⽅便使⽤函数；就像工厂的名字⼀样，有了名字⽅便称呼，函数有了名字⽅便调⽤。
    • 函数的参数就相当于，⼯⼚中送进去的原材料，要交代清楚参数的类型和名字，以及参数个数。
    • {} 括起来的部分被称为函数体，函数体就是完成计算的过程。

2、函数的举例

例 1：计算两个数之和的函数

#include <stdio.h>

int add(int num1, int num2) 
{
    return num1 + num2;
}

int main() 
{
    int a = 5, b = 3;
    int result = add(a, b);
    printf("结果: %d\n", result);
    return 0;
}

例 2：判断一个数是否为偶数的函数

#include <stdio.h>

int isEven(int num) 
{
    if (num % 2 == 0) 
    {
        return 1;
    } 
    else 
    {
        return 0;
    }
}

int main() {
    int num = 7;
    if (isEven(num)) 
    {
        printf("%d 是偶数\n", num);
    } 
    else
    {
        printf("%d 不是偶数\n", num);
    }
    return 0;
}

四、形参和实参

  • 在函数的使用中，把函数的参数分为实参和形参。
  • 例如：
#include <stdio.h>

int add(int num1, int num2) 
{
    return num1 + num2;
}

int main() 
{
    int a = 5, b = 3;
    int result = add(a, b);
    printf("结果: %d\n", result);
    return 0;
}

1、实际参数（实参）

  • 上述代码中，int a = 5, b = 3;对a、b进行了赋值，下一步调用add函数时，将a和b的值传递给了函数，称之为实际参数，简称实参。
    在这里插入图片描述

  • 实际参数就是真实传递给函数的参数

2、形式参数（形参）

  • 在定义add函数的时候，在括号中写的 int num1、int num2，称之为形式参数，简称形参。
    在这里插入图片描述
  • 为什么称之为形式参数呢？因为我们虽然定义了add函数，但如果我们不调用，add函数中的num1和num2只是形式上的，不会向内存申请空间，不会真实的存在。
  • 形式参数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，这个过程就是形式的实例化。

3、实参和形参的关系

  • 从之前例子可以看出，形参的值是实参传递过来的，虽然有着一定的联系，但形参和实参是两个不同的空间。
    例如：
#include <stdio.h>

int add(int num1, int num2) 
{
    return num1 + num2;
}

int main() 
{
    int a = 5, b = 3;
    int result = add(a, b);
    printf("结果: %d\n", result);
    return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 进入调试界面，可以发现，num1和num2得到了a和b传递过来的值，但地址却不一样，可见，在使用时，形参和实参是不同的参数。
  • 可以理解为形参是实参的一份临时拷贝，函数结束地址就会被是释放掉。

五、return语句

  • 在函数的设计和使用中，经常会使用到 return 语句，在使用时有几点注意事项：
  • 1、return后边可以是⼀个数值，也可以是⼀个表达式，如果是表达式则先执⾏表达式，再返回表达式的结果。
return a+b;
  • 2、return后边也可以什么都没有，直接写 return; 这种写法适合函数返回类型是void的情况。
return;
  • 3、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 add(int x,int y)//定义返回值类型是int
{
	float c = x + y;//接收x+y的值为float
	return c;		//这里C会被强制类型转换为int类型
}
  • 4、return语句执⾏后，函数就彻底返回，后边的代码不再执⾏。
int add(int num1, int num2) 
{
    return num1 + num2;		//return会带着num1+num2的返回值，跳出add函数
}
  • 5、如果函数中存在if等分⽀的语句，则要保证每种情况下都有return返回，否则会出现编译错误。
#include <stdio.h>

int checkNumber(int num) {
    if (num > 0) 
    {
        return 1;  // 正数情况有返回
    } 
    else if (num == 0) 
    {
        return 0;  // 零的情况有返回
    } 
    else
    {
    // 这里如果没有返回，就会导致编译错误
    }
}

int main() {
    int result = checkNumber(-1);
    printf("结果: %d\n", result);
    return 0;
}
  • 在这个例子中，如果 checkNumber 函数中最后少了对 num<0 这种情况的返回，就会引发编译警告或错误。

六、数组做函数参数

1、数组做函数参数时的使用

  • 在函数的使用中，难免会碰到需要将数组作为参数进行传递的操作，例如：
#include <stdio.h>

// 函数用于计算数组元素之和
int sumArray(int arr[], int size) 
{
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        sum += arr[i];
    }
    return sum;
}

int main() {
    int myArray[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int n = sizeof(myArray) / sizeof(myArray[0]);

    int total = sumArray(myArray, n);

    printf("数组元素之和为: %d\n", total);

    return 0;
}

在这个例子中：

  • sumArray 函数接受一个整型数组和数组的大小作为参数。这里的数组参数实际上是一个指针，它指向数组的起始地址。
  • 在 main 函数中，定义了一个数组 myArray ，并计算出数组的元素个数 n 。
  • 然后调用 sumArray 函数，将数组和其大小传递进去，函数通过遍历数组计算元素之和并返回。
    在这里插入图片描述
  • 通过调试，我们可以发现，形参中的arr地址就是myArray的地址，也就是说，函数例操作的就是myArray数组。

2、使用数组传参时的注意事项

  • 在使用数组时，有几点需要注意：
    1、函数的形式参数要和函数的实参个数匹配
    2、函数的实参是数组，形参也是可以写成数组形式的
    3、形参如果是⼀维数组，数组⼤⼩可以省略不写
    4、形参如果是⼆维数组，⾏可以省略，但是列不能省略
    5、数组传参，形参是不会创建新的数组的
    6、形参操作的数组和实参的数组是同⼀个数组
    7、当数组作为函数参数传递时，在函数内部对数组的修改会影响到原始数组。同时，数组的大小需要另外传递，因为通过数组参数本身无法确定其实际大小。

七、嵌套调用和链式访问

1、嵌套调用

  • 嵌套调用就是函数之间的调用，每一个函数就像一个模块，需要的时候可以直接拿过来装上使用。
  • 例如：
#include <stdio.h>

// 函数 new_line 用于打印一行字符串 "hehe"
void new_line() 
{
    printf("HEHE\n");
}

// 函数 three_line 用于调用 new_line 函数打印三行 "HEHE"
void three_line() 
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 3; i++) 
    {
        new_line();
    }
}

int main() 
{
    three_line();
    return 0;
}
  • 上述代码中， new_line 函数用于打印一行字符串"HEHE"， three_line 函数用于调用 new_line 函数打印三行"HEHE"。在 main 函数中，我们调用 three_line 函数，从而实现打印三行"HEHE"的功能。

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，像链条一样连接起来的访问形式。
  • 例如：
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() 
{
    // 计算字符串 "abcdef" 的长度，并将结果作为参数传递给 printf 函数进行打印
    int len = strlen("abcdef");
    printf("%d\n",len);
    return 0;
}
  • 如果直接将 strlen 的返回值作为 printf 函数的参数呢？
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() 
{
    // 计算字符串 "abcdef" 的长度，并将结果作为参数传递给 printf 函数进行打印
    printf("%d\n", strlen("abcdef"));
    return 0;
}
  • 上述代码中，使用了两个函数， strlen 函数和 printf 函数。先使用 len 将 strlen 函数计算出来的字符串长度保存起来，然后交给 printf 函数，作为 printf 函数的参数，最终实现打印。

3、经典例题

  • 一段有趣的代码，猜一下执行结果是什么？
#include <stdio.h>
 int main()
 {
 printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
 return 0;
 }
  • 该代码的关键是，我们要知道printf函数的返回值是什么？
  • 打开cplusplus.com网站对printf进行搜索，在Return Value一项中，我们可以看到：
    在这里插入图片描述
  • 翻译为：成功后，将返回写入的字符总数。
  • 在这里，我们就知道printf返回的是打印在屏幕上的字符个数。
  • 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，在屏幕上打印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，再放回1
    第⼀个printf打印1
    所以屏幕上最终打印：4321

八、函数的声明和定义

1、函数声明

  • 函数声明向编译器提供函数的名称、参数类型和返回类型等基本信息，它通常出现在程序的开头部分或头文件中，目的是让编译器在后续代码中知道如何使用该函数。

  • 示例：

int add(int num1, int num2);  // 这就是一个函数声明

2、函数定义

  • 函数定义则完整地描述了函数的具体实现，包括函数体中的代码逻辑，用于真正实现函数的功能。

示例：

int add(int num1, int num2) {  // 这里是函数定义
    return num1 + num2;
}

3、单个文件

#include <stdio.h>

// 函数声明
int multiply(int a, int b);

int main() {
    int result = multiply(5, 3);
    printf("结果: %d\n", result);
    return 0;
}
// 函数定义
int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}
  • 在这个例子中，先进行了 multiply 函数的声明，然后在 main 函数中调用它，最后给出了 multiply 函数的具体定义。这样编译器就能够正确地处理函数的调用和执行。
  • 但如果我们只对函数进行定义而不声明，则会出现以下警告信息：
    在这里插入图片描述
  • 所以：
  • 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。

4、多个文件

  • 在实际工作中，因为代码量比较大，不会将所有的代码放在一个文件中，而是会根据功能的不同，拆分放在多个文件中。
  • 一般而言，函数的声明、类型的声明放在头文件中（.h），函数的实现则是放在源文件中（.c），如下：
  • 主函数
//使用自己制作的头文件时用" "
#include"add.h"
//使用库函数的头文件时用< >
#include<stdio.h>
int main() 
{
    int result = add(5, 3);
    printf("%d\n", result);

    return 0;
}
  • add.c
//函数的定义
int add(int num1, int num2) 
{
    return num1 + num2;
}
  • add.h
//函数的声明
int add(int num1, int num2) ;
  • 运行结果为：
    在这里插入图片描述
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