前言

函數(shù)是C語(yǔ)言的基本單位，學(xué)好函數(shù)有利于程序的模塊化以及避免寫出重復(fù)的代碼從而減少代碼量，并且可以提高程序的復(fù)用性與可讀性。

一、引入

引例：定義6個(gè)整型變量a，b，c，d，e，f，并對(duì)它們?nèi)我赓x值。分別輸出a，b的最大值，c，d的最大值和e，f的最大值

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a, b, c, d, e, f;
    
    a = 5, b = 3, c = 6, d = 87, e = 12, f = 49;

    if (a > b)
        printf("%d\n", a);
    else if (a < b)
        printf("%d\n", b);

    if (c > d)
        printf("%d\n", c);
    else if (c < d)
        printf("%d\n", d);
    
    if (e > f)
        printf("%d\n", e);
    else if (e < f)
        printf("%d\n", f);

    return 0;
}

通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，代碼中有大量重復(fù)的部分，如果我們定義一萬(wàn)個(gè)變量，并兩兩比較求出其中的最大值，那么if...else if...else語(yǔ)句就要寫一萬(wàn)次，這顯然非常累贅。在編程過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，雖然數(shù)據(jù)不一樣，但是對(duì)這些數(shù)據(jù)的操作卻是一樣的，例如，引例中求a，b中的最大值與求c，d的最大值所做的操作是一樣的，唯獨(dú)只有被操作的數(shù)據(jù)不同而已。所以如果程序中有大量重復(fù)的作操，但只是針對(duì)的數(shù)據(jù)不一樣時(shí)，我們可以通過(guò)定義函數(shù)來(lái)解決代碼重復(fù)的問(wèn)題。上述引例可以通過(guò)如下代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能：

#include <stdio.h>

void get_max(int i, int j) // 自定義的求最大值的函數(shù)
{
    if (i > j)
       printf("%d\n", i);
   else if (i < j)
       printf("%d\n", j);
   else
       printf("Equal!\n");
}

int main()
{
    int a, b, c, d, e, f;
    
    a = 5, b = 3, c = 6, d = 87, e = 12, f = 49;

    get_max(a, b);
    get_max(c, d);
    get_max(e, f);

    return 0;
}

二、認(rèn)識(shí)函數(shù)

void表示該函數(shù)沒(méi)有返回值，get_max是該函數(shù)的名字，函數(shù)名后括號(hào)中的變量i和j被稱為該函數(shù)的形式參數(shù)（簡(jiǎn)稱形參）。

void get_max(int i, int j)
{
    if (i > j)
       printf("%d\n", i);
   else if (i < j)
       printf("%d\n", j);
}

所有的語(yǔ)言程序的入口都是main函數(shù)，從main函數(shù)進(jìn)入則開始順序逐行執(zhí)行main函數(shù)中的代碼。下面代碼塊中定義完變量并完成賦值后，程序執(zhí)行到get_max(a, b);，此時(shí)程序便會(huì)從main函數(shù)的上方查找一個(gè)名叫g(shù)et_max函數(shù)并將括號(hào)中的變量a和b的值分別傳輸?shù)絞et_max函數(shù)名后括號(hào)中的形參i和j中，然后程序會(huì)跳轉(zhuǎn)到get_max函數(shù)的內(nèi)部執(zhí)行，待get_max函數(shù)執(zhí)行完畢后，再跳轉(zhuǎn)回main函數(shù)繼續(xù)執(zhí)行main函數(shù)中的下一條語(yǔ)句。

int main()
{
    int a, b, c, d, e, f;
    
    a = 5, b = 3, c = 6, d = 87, e = 12, f = 49;

    get_max(a, b);
    get_max(c, d);
    get_max(e, f);

    return 0;
}

三、函數(shù)的作用

函數(shù)是一種工具，它是能夠完成特定功能的獨(dú)立代碼塊，它不是為某個(gè)特定的問(wèn)題設(shè)計(jì)的，而是為解決大量同類型的問(wèn)題設(shè)計(jì)的；雖然函數(shù)處理的數(shù)據(jù)是不同的，但是對(duì)這些數(shù)據(jù)的操作是相同的；函數(shù)的使用可以避免寫大量重復(fù)的代碼，減少程序員的編碼量；同時(shí)函數(shù)的存在有利于整個(gè)程序的模塊化，函數(shù)可以將復(fù)雜的問(wèn)題剖解為一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題；函數(shù)可以被視為一個(gè)“黑匣子”，我們只需要知道某個(gè)函數(shù)的用法即可使用該函數(shù)，但我們并不一定知道該函數(shù)是怎么實(shí)現(xiàn)的，例如，我們雖然經(jīng)常使用的printf函數(shù)，但我們并不知道其中到底是如何實(shí)現(xiàn)輸出功能的。同樣的，當(dāng)我們編寫函數(shù)的時(shí)候，也可以把具體實(shí)現(xiàn)的過(guò)程隱藏起來(lái)，因?yàn)檫@可能是商業(yè)機(jī)密。

四、函數(shù)的返回值

函數(shù)不僅可以接收數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而且也可以將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果返回，例如下述程序：

#include <stdio.h>

int f(void) // int表示函數(shù)的返回值是int類型的值；括號(hào)中的void表示該函數(shù)不能接收任何數(shù)據(jù)
{
    return 10; // return語(yǔ)句表示向主調(diào)函數(shù)返回一個(gè)值
}

int main()
{
    int i = 88;
    
    i = f(); // 調(diào)用f函數(shù)后，f函數(shù)就會(huì)返回10這個(gè)數(shù)據(jù)，所以這行代碼就相當(dāng)于把10賦值給變量i

    printf("%d\n", i);

    return 0;
}

思考：下述程序是否正確？

#include <stdio.h>

void g(void) // 函數(shù)名前的void表示該函數(shù)沒(méi)有返回值
{
}

void h(void)
{
	return 10; // 編譯時(shí)如果沒(méi)有調(diào)用該函數(shù)，則不會(huì)報(bào)錯(cuò)，一旦調(diào)用便會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)閔函數(shù)的返回值為空
}

int main()
{
    int i = 88;
    
    i = g(); // 由于g函數(shù)沒(méi)有返回值，所以不能將其賦值給變量i，編譯時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)

    printf("%d\n", i);

    return 0;
}

五、定義函數(shù)

六、函數(shù)的類型

函數(shù)返回值的類型也稱為函數(shù)的類型，如果函數(shù)名前的返回值類型與函數(shù)執(zhí)行體中的return表達(dá)式的返回的類型不同，則最終函數(shù)返回值以函數(shù)名前的返回值類型為準(zhǔn)。

思考：下述程序輸出的結(jié)果是多少？

#include <stdio.h>

int f() // 如果函數(shù)名后的括號(hào)里是空的，等同于在括號(hào)里寫void
{
	return 10.5;
}

int main()
{
	double x = 6.6;

	x = f();
	
	printf("%lf\n", x);

	return 0;
}

通過(guò)程序可得，變量x輸出的值為10.000000，這就說(shuō)明，函數(shù)最終的返回值與函數(shù)名前的返回值類型相同，而不是以return表達(dá)式為準(zhǔn)。所以，函數(shù)的類型取決于函數(shù)名前的返回值的類型。

七、return語(yǔ)句與break語(yǔ)句的區(qū)別

break語(yǔ)句的作用是終止當(dāng)前循環(huán)和switch語(yǔ)句，而return語(yǔ)句與break語(yǔ)句有本質(zhì)性的差別，return語(yǔ)句的作用是終止當(dāng)前正在執(zhí)行的函數(shù)。當(dāng)被調(diào)函數(shù)的返回值為空時(shí)，則直接終止被調(diào)函數(shù)然后跳回主調(diào)函數(shù)繼續(xù)順序執(zhí)行主調(diào)函數(shù)中的代碼；如果被調(diào)函數(shù)的返回值不為空時(shí)，則先將返回值返回給主調(diào)函數(shù)，然后再終止被調(diào)函數(shù)并跳回主調(diào)函數(shù)繼續(xù)順序執(zhí)行主調(diào)函數(shù)中的代碼。

思考：以下兩個(gè)程序的輸出結(jié)果是否相同？如果不同，這兩個(gè)程序的輸出結(jié)果分別是什么？

#incldude <stdio.h>

void f()
{
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("AAAA\n");
		break;
	}
	printf("BBBB\n");
}

int main()
{
	f();
	
	return 0;
}

#incldude <stdio.h>

void f()
{
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("AAAA\n");
		return;
	}
	printf("BBBB\n");
}

int main()
{
	f();
	
	return 0;
}

八、函數(shù)的分類

根據(jù)是否有形參可以將函數(shù)分為，有參函數(shù)和無(wú)參函數(shù)；根據(jù)是否有返回值可以將函數(shù)分為有返回值函數(shù)和無(wú)返回值函數(shù)；同時(shí)，也可以將函數(shù)分為庫(kù)函數(shù)和自定義函數(shù)，例如，printf函數(shù)就屬于庫(kù)函數(shù)，因?yàn)槭窍到y(tǒng)提供給我們的，而這篇文章中的get_max函數(shù)，f函數(shù)，g函數(shù)等均屬于自定義函數(shù)。

九、主函數(shù)

不管一個(gè)程序中有多少個(gè)函數(shù)，但主函數(shù)（也就是main函數(shù)）只能有一個(gè)，并且main函數(shù)是整個(gè)程序的入口，也是整個(gè)程序的出口，主函數(shù)可以調(diào)用任何其他函數(shù)，其他函數(shù)之間也可以互相調(diào)用，但是其他函數(shù)不能調(diào)用主函數(shù)。

十、函數(shù)使用舉例

定義6個(gè)整型變量a，b，c，d，e，f，并對(duì)它們?nèi)我赓x值。分別輸出a，b的最大值，c，d的最大值和e，f的最大值

要求：自定義函數(shù)并且不能與引例中的函數(shù)執(zhí)行體相同

#include <stdio.h>

int get_max(int i, int j)
{
    if (i > j)
        return i;
    else if (i < j)
        return j;
}

int main()
{
    int a, b, c, d, e, f;

    a = 5, b = 3, c = 6, d = 87, e = 12, f = 49;

    printf("%d\n", get_max(a, b));
    printf("%d\n", get_max(c, d));
    printf("%d\n", get_max(e, f));

    return 0;
}

輸入三個(gè)int類型的數(shù)字，并判斷這三個(gè)數(shù)字是否是素?cái)?shù)。如果是素?cái)?shù)輸出Yes，如果不是輸出No

要求：使用自定義函數(shù)實(shí)現(xiàn)

提示：素?cái)?shù)（又稱質(zhì)數(shù)）是大于1的自然數(shù)并且素?cái)?shù)只能被1和它本身整除

#include <stdio.h>

int is_prime(int val)
{
	int i;

	for (i = 2; i < val; i++)
		if (val % i == 0)
			break;

	if (i == val)
		return 1;
	else
		return 0;
}

int main()
{
	int val1, val2, val3, i;

	scanf("%d%d%d", &val1, &val2, &val3);

	if ( is_prime(val1) )
		printf("Yes!\n");
	else
		printf("No!\n");

	if ( is_prime(val2) )
		printf("Yes!\n");
	else
		printf("No!\n");

	if ( is_prime(val3) )
		printf("Yes!\n");
	else
		printf("No!\n");

	return 0;
}

十一、函數(shù)的聲明

觀察可以發(fā)現(xiàn)，文章中所有自定義的函數(shù)都放在了main函數(shù)之上，那我們?nèi)绻麑⒆远x的函數(shù)放在main函數(shù)的下面會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？如果我們?cè)趍ain函數(shù)中調(diào)用了自定義函數(shù)，并且將自定義的函數(shù)放在了main函數(shù)的下方，此時(shí)整個(gè)程序就會(huì)編譯報(bào)錯(cuò)，這是因?yàn)閙ain函數(shù)執(zhí)行到調(diào)用自定義函數(shù)的語(yǔ)句時(shí)，它只會(huì)向上查找對(duì)應(yīng)的函數(shù)，而如果在它上面沒(méi)有對(duì)應(yīng)的函數(shù)，程序就會(huì)出錯(cuò)。

思考1：下面兩個(gè)程序是否可以運(yùn)行？

#include <stdio.h>

int main()
{
	f();

	return 0;
}

void f()
{	
	printf("AAAA\n");
}

那如果我們要把被調(diào)函數(shù)放在主調(diào)函數(shù)之后，我們應(yīng)該怎么辦呢？這需要在主調(diào)函數(shù)的上方加上函數(shù)聲明即可，如下程序所示：

#include <stdio.h>

void f(); // 這是函數(shù)聲明，后面的分號(hào)不可以省略

int main()
{
	f();

	return 0;
}

void f()
{	
	printf("AAAA\n");
}

思考2：下面的程序是否可以運(yùn)行？如果有錯(cuò)誤應(yīng)該如何改正？

#include <stdio.h>

void g(void)
{
	f();
}

void f(void)
{
	printf("AAAA\n");
}

int main()
{
	g();

	return 0;
}

十二、函數(shù)的形參與實(shí)參

形參是指定義函數(shù)時(shí)括號(hào)中定義的變量，而實(shí)參是指在調(diào)用函數(shù)時(shí)向被調(diào)函數(shù)傳輸?shù)木唧w的數(shù)據(jù)或變量。如下代碼所示，變量i就是形參，而主函數(shù)中調(diào)用f函數(shù)時(shí)在后面的括號(hào)中寫的5就是實(shí)參。需要注意的是，形參和實(shí)參的個(gè)數(shù)必須是對(duì)應(yīng)的，數(shù)據(jù)類型也必須相互兼容。

#include <stdio.h>

void f(int i)
{	
	printf("%d\n", i);
}

int main()
{
	f(5);

	return 0;
}

十三、合理設(shè)計(jì)函數(shù)

在掌握了以上知識(shí)之后，我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)函數(shù)讓整個(gè)程序更像是開發(fā)軟件？答案很簡(jiǎn)單，如果僅需要使用一次某個(gè)功能，則不需要將該功能設(shè)計(jì)成一個(gè)函數(shù)，但如果需要多次使用該功能，則設(shè)計(jì)一個(gè)該功能對(duì)應(yīng)的函數(shù)是不二選擇。這段話通過(guò)以下三個(gè)程序體會(huì)：

示例：輸入一個(gè)int類型的數(shù)字n，求1到n之間（包括n）所有的素?cái)?shù)并輸出。不考慮輸入的值小于等于1的情況

解法1：不定義其它函數(shù)，僅在main函數(shù)中實(shí)現(xiàn)

#include <stdio.h>

int main()
{
	int n;
	int i, j;

	scanf("%d", &n);

	for (i = 2; i <= n; i++)
	{
		for (j = 2; j < i; j++)
			if (i % j == 0)
				break;
		
		if (j == i)
			printf("%d\n", i);
	}

	return 0;
}

這樣寫程序雖然實(shí)現(xiàn)了功能，但代碼的重用性非常低，比如，我們要分別判斷100個(gè)不同數(shù)字從1到它本身之間的所有素?cái)?shù)，則需要將下面的代碼塊重復(fù)寫100次，這樣就會(huì)導(dǎo)致代碼大部分是重復(fù)的，而且代碼量會(huì)顯得非常大。

for (i = 2; i <= n; i++)
{
	for (j = 2; j < i; j++)
		if (i % j == 0)
			break;
	
	if (j == i)
		printf("%d\n", i);
}

考慮到要將1到n之間所有的數(shù)字都進(jìn)行判斷素?cái)?shù)這一操作，所以可以單獨(dú)設(shè)計(jì)出一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)判斷素?cái)?shù)這個(gè)功能，從而解決代碼重復(fù)的問(wèn)題。

解法2：自定義一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)

#include <stdio.h>

int is_prime(int val)
{
	int i;

	for (i = 2; i < val; i++)
		if (val % i == 0)
			break;

	if (i == val)
		return 1;
	else
		return 0;
}

int main()
{
	int n;
	int i;

	scanf("%d", &n);

	for (i = 2; i <= n; i++)
		if ( is_prime(i) )
			printf("%d\n", i);

	return 0;
}

相比較第一個(gè)程序，該程序更容易讓人理解，代碼的可重用性也得以提高，并且多次判斷時(shí)所需要寫的代碼也相對(duì)較少，但存在的問(wèn)題與第一個(gè)程序相同，如果要分別判斷100個(gè)不同數(shù)字從1到它本身之間的所有素?cái)?shù)，則需要將下面的代碼塊重復(fù)寫100次。

for (i = 2; i <= n; i++)
    if ( is_prime(i) )
        printf("%d\n", i);

又考慮到判斷完是否是素?cái)?shù)后，輸出也是重復(fù)性操作，所以同樣可以將輸出這一操作通過(guò)設(shè)計(jì)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

解法3：自定義兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)

#include <stdio.h>

// 本函數(shù)的功能是判斷val是否是素?cái)?shù)
int is_prime(int val)
{
	int i;

	for (i = 2; i < val; i++)
		if (val % i == 0)
			break;

	if (i == val)
		return 1;
	else
		return 0;
}

// 本函數(shù)的功能是將1到n之間（包括n）所有的素?cái)?shù)輸出
void traverse(int n)
{
	int i;

	for (i = 2; i <= n; i++)
		if ( is_prime(i) )
			printf("%d\n", i);
}

int main()
{
	int n;
	int i;

	scanf("%d", &n);
	traverse(n);

	return 0;
}

第三個(gè)程序相較前兩個(gè)程序而言，代碼量更少，且可重用性更高，如果需要判斷多個(gè)數(shù)字并輸出的話，只需要多次調(diào)用traverse函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)功能，而且整個(gè)程序更容易讓人理解。

總結(jié)：一個(gè)函數(shù)的功能盡可能獨(dú)立單一，不要將多個(gè)功能放在一個(gè)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，這樣不僅可以避免代碼的重復(fù)而且還可以增加整個(gè)程序的可重用性與可讀性。

十四、變量的作用域

變量按作用域劃分可以分為全局變量和局部變量。

全局變量

在所有函數(shù)外部定義的變量被稱為全局變量。如下程序所示，變量k就是一個(gè)全局變量，需要注意的是，全局變量只能在定義全局變量的位置之后的函數(shù)中使用，在全局變量之上的函數(shù)不能使用。

#include <stdio.h>

int k = 10;

void f()
{
	printf("%d\n", k);
}

int main()
{
	f();
	
	return 0;
}

局部變量

在函數(shù)內(nèi)部定義的變量，以及函數(shù)的形參都屬于局部變量。如下程序所示，f函數(shù)中的形參i以及f函數(shù)中定義的變量j都是f函數(shù)的局部變量，main函數(shù)中定義的變量i也是main函數(shù)的局部變量。除此之外，初學(xué)時(shí)可能會(huì)有這樣的困惑：f函數(shù)中定義了i變量，main函數(shù)中也定義了i變量，這樣程序是否存在問(wèn)題？答案是不存在問(wèn)題的，因?yàn)閙ain函數(shù)中變量i只在main函數(shù)中發(fā)揮作用，而f函數(shù)中的變量i只在f函數(shù)中發(fā)揮作用，所以它們并不會(huì)起沖突，也就意味著，所有的局部變量只能在函數(shù)的內(nèi)部使用，這也正是局部變量的含義。

#include <stdio.h>

void f(int i)
{
	int j = 20;
}

int main()
{
	int i = 10;

	return 0;
}

全局變量名與局部變量名沖突的問(wèn)題

#include <stdio.h>

int i = 99;

void f(int i)
{
	printf("i = %d\n", i);
}

int main()
{	
	f(8);

	return 0;
}

推測(cè)1：程序中有錯(cuò)誤，因?yàn)槿肿兞棵c局部變量名一樣，無(wú)法分辨f函數(shù)中到底是全局變量i還是局部變量i

推測(cè)2：程序無(wú)誤，如果輸出結(jié)果為99，則此時(shí)的變量i是全局變量；如果輸出結(jié)果為8，則此時(shí)的變量i是局部變量

結(jié)果：輸出結(jié)果為8

結(jié)論：如果全局變量名與局部變量名相同，則局部變量會(huì)屏蔽全局變量的存在

十五、函數(shù)內(nèi)存的分配

在使用函數(shù)之前，操作系統(tǒng)會(huì)給函數(shù)中所有的變量分配內(nèi)存空間，但當(dāng)函數(shù)被執(zhí)行完畢后，其中所有變量的內(nèi)存均會(huì)被釋放掉，等到再次使用時(shí)，會(huì)重新給函數(shù)中的變量分配內(nèi)存空間。大家可以思考一下這樣做的合理性。

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