【C入门】8、函数

Summary

1）C语言中的函数主要有2种类型：

• Function：数据处理（数据 --> 数据），通过某种规则由输入的数据得到输出数据
• Procedure：过程定义（数据 --> 功能），（根据数据）执行一系列动作，进而完成某种功能

2）应用程序必须依靠操作系统才能运行，应用程序接受操作系统的管理。当操作系统运行程序时，首先调用的就是main()函数。）（main()函数一般是第一个被调用的函数，也有其他方法可以让其他函数先于main执行）

3）应用程序执行的过程：（后续补上时序图）

1. 用户双击.exe，或者在命令行中直接运行.exe
2. OS把应用程序加载到内存中：Load()
3. OS找到应用程序的main()函数
4. 执行main()函数
5. 关闭应用程序时，main()函数执行结束，返回一个值给操作系统（在windows中，可以在命令行，使用echo %errorlevel%命令查看刚刚命令执行的exe的返回值）

4） 函数的调用过程：

1. 暂停主调函数
2. 跳转到被调函数，执行被调“函数体”
3. 被调函数返回，恢复执行主调函数

5）工具包就是一个函数集，包含了一系列定义好的函数。#inlude语句用于声明，要使用工具包中的函数。

6）void是C语言中的一个基本类型，但void不是基础数据类型，不可以用来定义具体变量。

7）C语言中如果想定义一个无参函数，必须使用void声明！如果函数参数列表什么都不写，表示接受任意多的参数。即：void f(void) --> 不接受参数；void f() --> 几个参数都可以；

8）对于void f()无返回值函数，可以直接使用 return; 语句使函数直接返回

9）形参：函数定义时的参数列表；实参：函数调用时指定的具体值；实参用来初始化形参（将实参的值赋值给形参），所以形参相当于一个函数内部的变量（函数参数的本质是变量）

10）C语言中，当数组作为参数时，数组参数会退化为指针，数组大小无法传递；此时修改数组形参，会同时改变数组实参的值。

11）排序的关键操作：比较和交换

12）全局变量不同同名，会产生命名冲突，报重定义的错误；就近原则，存在多个同名变量时，优先使用最近定义的变量。

13）变量的作用域指的是变量定义后的可访问范围；在重叠作用域中，优先使用最近定义的变量。

14）代码块指的是从 { 开始到 } 结束的一段代码；局部变量的作用域从定义开始，到当前代码块结束；

15）对于全局变量，存在两个作用域全局作用域和文件作用域。全局作用域指的是在程序的各个角落都可以访问到；文件作用域则只能在当前代码文件中访问并使用；

16）计算机中，物理内存被分为不同区域，不同区域有不同的用途。全局数据区用于存放全局变量和静态变量；栈区用于存放局部变量和函数参数；堆空间用于动态创建变量；

17）生命期：变量从创建到销毁的时间（合法可用的时间）。全局数据区的变量：生命期从程序开始到程序结束；栈区的变量：生命期从进入作用域开始，到作用域结束；

18）作用域和生命期没有本质联系：作用域是语法层面上对变量是否可访问的规定（空间上）；生命期是二进制层面上变量存在于内存中的时间（时间上）

19）static修饰的变量位于全局数据区；static修饰的全局变量只有文件作用域；static局部变量只会初始化一次，作用域仍然是所在代码块。

20）变量的生命期由存储位置决定。如果变量未初始化，存储位置决定了变量的初始值是多少：全局数据区的变量如果未初始，值为0（.bss段）;栈区的变量如果未初始化，值为随机值；寄存器里的值未初始化为随机值。

-	static	auto（默认）	register
局部变量	全局数据区	栈空间	寄存器（可能）
全局变量	全局数据区	----------------	------------------

21）C语言中，如果函数不写返回值类型，则默认返回类型是int；对于一个有返回值的函数，如果不写返回值，会返回一个随机值。

22）当参数只是一个字符串，且没提供长度的时候。可以使用while循环来遍历字符串，判别依据是字符串的最后一个字符是0元素'\0'。

23）在写递归函数的时候，首先要先把函数的递归模型画出来，然后去编写递归函数。编写时候要注意：n-1和边界。在理解递归函数的时候，不要想着去执行递归的细节，而是从递归模型来理解。
递归模型的一般表示法：

1、函数的概念

• 函数是具有特定功能的程序组件（可以看做黑盒：不需要知道里面怎么实现的，只知道怎么用）
• 函数有明确的使用方式（固定输入对应固定输出）
• 函数在程序中可以重复使用（程序中的工具）

1.1 函数的类型

C语言中的函数主要有2种类型：

• Function：数据处理（数据 --> 数据），通过某种规则由输入的数据得到输出数据
• Procedure：过程定义（数据 --> 功能），（根据数据）执行一系列动作，进而完成某种功能

1.2 函数的组成部分

• 函数名：函数的唯一标识
• 函数参数：数据输入（数据 --> 数据， 数据 --> 动作）

• 函数返回类型：

  • 数据输出（数据 --> 数据）
  • 无返回值（数据 --> 动作）

形如：

返回类型 函数名（参数1，参数2）
{
    程序语句1;
    ...
    程序语句1;
}

2、函数的调用

• 通过函数名调用已经定义好的函数
• 函数调用时需要依次指定函数参数的具体值

• 函数调用的结果（返回值）可保存在同类型的变量中

  int r1 = func_name(5);
  int r2 = func_name(10);

2.1 深入理解main()

一般情况下，C语言程序都是从main()开始执行的，那么main()是什么呢？

• main()是应用程序与操作系统的一个“约定”，程序的入口函数
• 当操作系统运行应用程序时，首先调用的就是main()函数
• 应用程序必须运行于操作系统，接受操作系统的管理（如windows任务资源管理器，可以随意结束某个应用进程）

在windows上运行程序，都是双击App运行的，为什么说应用程序是被操作系统运行的呢？
应用程序执行的过程：（后续补上时序图）

1. 用户双击.exe，或者在命令行中直接运行.exe
2. OS把应用程序加载到内存中：Load()
3. OS找到应用程序的main()函数
4. 执行main()函数
5. 关闭应用程序时，main()函数执行结束，返回一个值给操作系统（在windows中，可以在命令行，使用echo %errorlevel%命令查看刚刚命令执行的exe的返回值）

2.2 函数的调用过程

C程序的本质是由一系列不同功能的函数构成；函数之间通过相互调用组合“小功能”构成“大功能”；整个C程序的功能由函数的组合调用完成。

函数的调用过程：

1. 暂停主调函数
2. 跳转到被调函数，执行被调“函数体”
3. 被调函数返回，恢复执行主调函数

之前的文章中一直在说“工具包”这个概念，实际上，工具包就是一个函数集，包含了一系列定义好的函数。#inlude语句用于声明，要使用工具包中的函数。

3、函数的定义

3.1 函数中的void

函数定义与函数调用：

• 函数在被调用前必须完整定义（实现函数体）

• 函数可以先被声明，然后再被定义

  • 声明时，必须给出函数三要素（函数名，参数列表，返回类型）
  • 定义时，必须完整给出函数体定义

在函数调用之前如果函数没有声明，那么会报not delared错误；如果声明了，但是没定义，就会报undefined reference错误；（声明就是告诉编译器，我这个符号是有的，尽管用，去其他地方找定义就好了）

void的深入理解：

• C语言中存在空类型（void），这种类型表示“空”
• void不能用于定义具体变量（没有数据属于空类型）
• void常用于函数定义，表示没有返回值或无参数

3.2 函数的返回值

• return语句结束当前函数执行，返回主调函数，后续代码不再执行

• 对于无返回值函数（procedure）

  • return可以直接返回，无需跟上返回值；即 return;
  • 当函数体里没有return时，最后一条语句执行后自动返回

• 对于有返回值的函数（function）

  • return必须跟上一个合法返回值，所有的分支都得显示返回值
  • return语句必须出现在函数体中，并且必须被执行

4、函数的参数

• 函数参数在函数定义时并没有确定的值（形参）
• 函数参数的具体值再函数调用时指定（实参）
• 函数参数的本质是变量

4.1 普通参数

函数调用是指定的实参用于对形参进行初始化，初始化之后形参在函数内部等同于普通变量。

int add(int a, int b)
{
    return a+b;
}

int main()
{
    int c = add(1, 2);
    printf("c = %d\n", c);
    return 0;
}

4.2 数组参数

• 定义函数时可以使用数组形参（如int f(int a[5]);）
• 数组形参需要使用同类型数组作为实参
• C语言中，数组作为函数参数传递时大小信息丢失（数组参数退化为指针）
• 在数组内部修改数组形参，将影响实参

一般的，当使用数组作为参数时，函数的参数列表需要多一个参数来表示数组的大小。

4.3 数组排序

排序中的两个关键操作：

• 比较：任意两个数据元素通过比较操作确定先后次序
• 交换：数据元素之间需要通过交换才能得到预期结果

解决方案：

• 编写函数int Min(int a[], int b, int e)选择最小元素

  • 功能定义：在数组a的[b,e]范围内寻找最小元素
  • 返回值：最小元素在数组中的下标

• 循环遍历数组，将每次找到的最小元素交换

  for(i=0; i<n; i++)
  {
    j = Min(a, i, n-1);
    if(i != j)
        Swap a[i] and a[j];
  }

5、变量的作用域和生命期

如果两个函数中有同同名变量，会发生命名冲突的问题么？

C语言中变量的分类：

• 局部变量：函数内部定义的变量（隶属于当前函数），只能在当前函数中访问
• 全局变量：不特定隶属于某个函数，在任意函数中都可以访问

同名变量的问题：

• 不同函数中的局部变量可以同名（不会发生冲突）
• 全局变量不能同名（会产生命名冲突）
• 当局部变量和全局变量同名时，优先使用局部变量

5.1 作用域

变量的作用域：

• 变量的作用域指的是变量定义后的可访问范围

• 不同变量的作用域可以有重叠

  • 不同变量在重叠作用域内可分别访问
  • 在重叠作用域内，只可访问最近定义的同名变量

局部变量的作用域：

• 代码块：从 { 开始到 } 结束的一段代码
• 经典C语言中，变量只能定义在代码块的开始处，即：{ 之后，执行语句之前
• 变量的作用域从定义开始到当前代码块结束
• 当变量的作用域结束后，变量不可用（无法直接访问）

全局变量的作用域：

• 全局作用域：可在程序的各个角落访问并使用
• 文件作用域：只能在当前代码文件中访问并使用
• 全局变量的作用域可能被局部变量覆盖（同名局部变量）
• 工程开发中，全局变量通常以g_作为前缀名

5.2 生命期

问题：为什么离开作用域之后变量无法使用？可以创建变量，那么是否也可以销毁变量？

不同变量的物理存储区域：

• 在现代计算机系统中，物理内存被分为不同区域

• 区域不同，用途不同，不同种类的变量位于不同区域

  • 全局数据区：存放全局变量，静态变量
  • 栈空间：存放函数参数，局部变量
  • 堆空间：用于动态创建变量

生命期：变量从创建到销毁的时间，即合法可用的时间

• 不同变量的生命期

  • 全局数据区中的变量：程序开始运行时创建，程序结束时销毁，整个程序运行期间合法可用
  • 栈空间中的变量：进入作用域时创建，离开作用域时销毁（自动销毁），局部变量在函数调用返回后销毁

5.3 作用域和生命期？

问题：感觉上，变量的作用域直接决定了生命期；那么作用域和生命期之间有关系么？

作用域和生命期无本质联系：

• 作用域规则是语法层面对变量是否可访问的规定（空间上）

• 生命期是二进制层面上变量存在于内存中的时间（时间上）

  • 可能的情况

    • 作用域外无法访问的变量，可能在其生命期中（静态局部变量）
    • 作用域内可访问的变量，可能已经被销毁（堆变量）
    • 生命期中的变量，可能无法访问（文件作用域全局变量）

静态变量：

• static是C语言中的关键字
• static修饰的局部变量创建于全局数据区（拥有程序生命期）
• static修饰的全局变量只有文件作用域（文件之外无法访问）
• static局部变量只会初始化一次，作用域与普通变量无异

变量的生命期由变量存储位置决定：

• static变量存储于全局数据区，默认初始化为0
• auto将变量存储于栈空间，默认初始化为随机值
• register将变量存储于寄存器，默认初始化为随机值

6、递归函数简介

问题：函数能不能自己调用自己？

函数自己调用自己，就是递归。
递归是一种数学上分而自治的思想

• 将原问题分解为规模较小的问题进行处理
• 问题的分解是有限的（递归不能无限进行）
  例如：数列求和，
  令：S_n为a₁ + a₂ + ... +a_n
  则：S_n = S_n-1 + a_n，且S₁ = a₁。将问题向下往n-1去分解，且有边界，如n=1时。

递归模型的一般表示法：

本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言入门课程》。
如有错漏之处，恳请指正。