C语言第十弹---函数(上)

✨个人主页：熬夜学编程的小林

💗系列专栏：【C语言详解】【数据结构详解】

函数

1、函数的概念

2、库函数

2.1、标准库和头文件

2.2、库函数的使用方法

2.2.1、功能

2.2.2、头文件包含

2.2.3、实践

2.2.4、库函数文档的⼀般格式

3、自定义函数

3.1、函数的语法形式

3.2、函数的举例

4、形参和实参

4.1、实参

4.2、形参

4.3、实参和形参的关系

5、return 语句

6、数组做函数参数

总结

1、函数的概念

数学中我们其实就过函数的概念，比如：⼀次函数 y=kx+b ，k和b都是常数，给⼀个任意的x，就得到⼀个y值。
其实在C语言也引入函数（function）的概念，有些翻译为：子程序，子程序这种翻译更加准确⼀些。C语言中的函数就是⼀个完成某项特定的任务的⼀小段代码。这段代码是有特殊的写法和调用方法的

C语言的程序其实是由无数个小的函数组合而成的，也可以说：⼀个大的计算任务可以分解成若干个较小的函数（对应较小的任务）完成。同时⼀个函数如果能完成某项特定任务的话，这个函数也是可以复用的，提升了开发软件的效率。

在C语言中我们⼀般会见到两类函数：
• 库函数
• 自定义函数

2、库函数

2.1、标准库和头文件

C语言标准中规定了C语言的各种语法规则，C语言并不提供库函数；C语言的国际标准ANSI C规定了⼀些常用的函数的标准，被称为标准库，那不同的编译器厂商根据ANSI提供的C语言标准就给出了⼀系列函数的实现。这些函数就被称为库函数。

我们前⾯内容中学到的 printf 、 scanf 都是库函数，库函数的也是函数，不过这些函数已经是现成的，我们只要学会就能直接使用了。有了库函数，⼀些常见的功能就不需要程序员自己实现了，⼀定程度提升了效率；同时库函数的质量和执行效率上都更有保证。

各种编译器的标准库中提供了⼀系列的库函数，这些库函数根据功能的划分，都在不同的头文件中进行了声明。
库函数相关头文件：https://zh.cppreference.com/w/c/header
有数学相关的，有字符串相关的，有日期相关的等，每⼀个头文件中都包含了，相关的函数和类型等信息，库函数的学习不用着急⼀次性全部学会，慢慢学习，各个击破就行。

2.2、库函数的使用方法

库函数的学习和查看⼯具很多，比如：
cplusplus.com：旧版本cplusplus
举例：sqrt

double sqrt (double x);
//sqrt 是函数名
//x 是函数的参数，表⽰调⽤sqrt函数需要传递⼀个double类型的值
//double 是返回值类型 - 表⽰函数计算的结果是double类型的值

2.2.1、功能

Compute square root 计算平方根
Returns the square root of x.（返回平方根）

这是cplusplus旧版本查询的结果，新版本没有搜索功能。

2.2.2、头文件包含

库函数是在标准库中对应的头文件中声明的，所以库函数的使用，务必包含对应的头文件，不包含是可能会出现⼀些问题的。

在搜索的左边方框会有对应的头文件名，记得在函数前包含对应头文件。

2.2.3、实践

#include <stdio.h>//基本语法头文件
#include <math.h>//函数头文件
int main()
{
 double d = 16.0;
 double r = sqrt(d);
 printf("%lf\n", r);//库函数
 return 0;
}

运行结果：

2.2.4、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

3、自定义函数

了解了库函数，我们的关注度应该聚焦在自定义函数上，自定义函数其实更加重要，也能给程序员写代码更多的创造性。

3.1、函数的语法形式

其实自定义函数和库函数是⼀样的，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

我们可以把函数想象成小型的⼀个加工厂，工厂得输⼊原材料，经过工厂加工才能⽣产出产品，那函数也是⼀样的，函数⼀般会输入⼀些值（可以是0个，也可以是多个），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，有时候返回类型可以是 void ，表示什么都不返回。
• fun_name 是为了方便使用函数；就像人的名字⼀样，有了名字方便称呼，函数有了名字方便调用，所以函数名尽量要根据函数的功能起的有意义。
• 函数的参数就相当于，工厂中送进去的原材料，函数的参数也可以是 void ，明确表示函数没有参数。如果有参数，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。

3.2、函数的举例

举个例子：
写⼀个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 //to do
 
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}

上面为伪代码，表示整个程序的逻辑。

我们根据要完成的功能，给函数取名：Add，函数Add需要接收2个整型类型的参数，函数计算的结果也是整型。
所以我们根据上述的分析写出函数：

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
 int z = 0;
 z = x+y;
 return z;
}
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 int r = Add(a, b);
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}
```
Add函数也可以简化为：
```c
int Add(int x, int y)
{
 return x+y;
}

函数的参数部分需要交代清楚：参数个数，每个参数的类型是啥，形参的名字叫啥。
上面只是⼀个例⼦，未来我们是根据实际需要来设计函数，函数名、参数、返回类型都是可以灵活变化的。

4、形参和实参

在函数使用的过程中，把函数的参数分为，实参和形参。
再看看我们前⾯写的代码：

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)//第二行
{
 int z = 0;
 z = x+y;
 return z;
}//第七行
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 int r = Add(a, b);//第十七行
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}

4.1、实参

在上面代码中，第2~7行是 Add 函数的定义，有了函数后，再第17行调用Add函数的。
我们把第17行调用Add函数时，传递给函数的参数a和b，称为实际参数，简称实参。
实际参数就是真实传递给函数的参数。

4.2、形参

在上面代码中，第2行定义函数的时候，在函数名 Add 后的括号中写的 x 和 y ，称为形式参数，简称形参。

为什么叫形式参数呢？实际上，如果只是定义了 Add 函数，而不去调用的话， Add 函数的参数 x
和 y 只是形式上存在的，不会向内存申请空间，不会真实存在的，所以叫形式参数。形式参数只有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。

4.3、实参和形参的关系

虽然我们提到了实参是传递给形参的，他们之间是有联系的，但是形参和实参各自是独立的内存空
间。
这个现象是可以通过调试来观察的。请看下⾯的代码和调试演⽰:

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z = x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	//输入
	scanf("%d %d", &a, &b);
	//调用加法函数，完成a和b的相加
	//求和的结果放在r中
	int r = Add(a, b);
	//输出
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

我们在调试的可以观察到，x和y确实得到了a和b的值，但是x和y的地址和a和b的地址是不⼀样的，所以我们可以理解为形参是实参的⼀份临时拷贝。

调试在后面章节会详细讲解，暂时只是通过调试来检验结果。

5、return 语句

在函数的设计中，函数中经常会出现return语句，这⾥讲⼀下return语句使用的注意事项。

• 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。
• return语句执行后，函数就彻底返回，后边的代码不再执行。
• 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。

6、数组做函数参数

在使用函数解决问题的时候，难免会将数组作为参数传递给函数，在函数内部对数组进行操作。
比如：写⼀个函数对将⼀个整型数组的内容，全部置为-1，再写⼀个函数打印数组的内容。
简单思考⼀下，基本的形式应该是这样的：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 set_arr();//设置数组内容为-1
 print_arr();//打印数组内容
 return 0;
}

这里的set_arr函数要能够对数组内容进行设置，就得把数组作为参数传递给函数，同时函数内部在设置数组每个元素的时候，也得遍历数组，需要知道数组的元素个数。所以我们需要给set_arr传递2个参数，⼀个是数组，另外⼀个是数组的元素个数。仔细分析print_arr也是⼀样的，只有拿到了数组和元素个数，才能遍历打印数组的每个元素。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
 set_arr(arr, sz);//设置数组内容为-1
 print_arr(arr, sz);//打印数组内容
 return 0;
}

数组作为参数传递给了set_arr 和 print_arr 函数了，那这两个函数应该如何设计呢？
这里我们需要知道数组传参的几个重点知识：

• 函数的形式参数要和函数的实参个数匹配
• 函数的实参是数组，形参也是可以写成数组形式的
• 形参如果是⼀维数组，数组大小可以省略不写
• 形参如果是⼆维数组，行可以省略，但是列不能省略
• 数组传参，形参是不会创建新的数组的(为什么会在指针章节详细讲解)
• 形参操作的数组和实参的数组是同⼀个数组

根据上述的信息，我们就可以实现这两个函数：

void set_arr(int arr[], int sz)
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<sz; i++)
 {
 arr[i] = -1;
 }
 }
void print_arr(int arr[], int sz)
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<sz; i++)
 {
 printf("%d ", arr[i]);
 }
 printf("\n");
}