【C语言】一篇文章带你深度理解函数

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 举例 sqrt

2.2.2 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

7. 嵌套调用和链式访问

7.1 嵌套调用

7.2 链式访问

8. 函数的声明和定义

8.1 单个文件

8.2 多个文件

8.3 static 和 extern

8.3.1 static 修饰局部变量

8.3.2 static 修饰全局变量

8.3.3 static 修饰函数

———————————————Let Me Love You————————————————

正文开始——

1. 函数的概念

C语言中也引入了函数的概念，有些翻译为：子程序。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，也就是说：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ANSIC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ANSIC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。

我们前面学到的 printf、scanf 都是库函数，库函数也是函数，只不过这些函数是现成的，我们只要学会就可以直接使用了，有了库函数，一些常见的功能就不需要程序员自己实现了，一定程度上提升了效率，同时库函数的质量和执行效率上更有保证。

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：C 标准库头文件 - cppreference.com

2.2 库函数的使用方法

C/C++官方的链接：C 标准库头文件 - cppreference.com

cplusplus.com:C library - C++ Reference (cplusplus.com)

2.2.1 举例 sqrt

举例：sqrt

【注意】

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，不包含可能会出现一些问题的。

2.2.2 库函数文档的一般格式

函数原型
函数功能介绍
参数和返回类型说明
代码举例
代码输出
相关知识链接

3. 自定义函数

了解了库函数，下面我们来看看更为重要的自定义函数，能给程序员写代码更多创造性。

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：

1 ret_type fun_name (形式参数)

2 {

3

4 }

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

【助解】

我们可以把函数想象成一个小型的加工厂，参数相当于是原材料，函数相当于工厂，经过函数计算或者说工厂加工，得出结果或者说得出产品。

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，以及参数的个数。
{} 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：写个加法函数，完成两个整型变量的加法操作。

把 Add 函数调整为第二个图片中也可以。

4. 形参和实参

在函数的使用过程中，把函数分为形参和实参。

4.1 实参

我们在调用 Add 函数的时候，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，并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，这个过程就是形参的实例化。

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，它们之间是有联系的，但是形参和实参各自是独立的内存空间。

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。

5. return 语句

在函数的设计中，函数中经常会出现 return 语句，下面是 return 语句的注意事项。

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时，系统会自动将返回的值隐式转化为函数的返回类型。
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。

这里的set_arr函数要想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传递两个参数，一个是数组，一个是数组的元素个数。 同理print_arr也是一样，需要数组和元素个数才能完成数组的打印。

我们该如何设计函数呢？

这里我们需要知道数组传参的几个重点知识：

函数的形参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，但是列不可以省略
数组传参，形参是不会创建新的数组的
形参操作的数组和实参的数组是同一个数组

根据上面的信息，我们可以实现这两个函数：

【注意】

数组在传参的时候，实参就写数组名就可以了
实参和形参的名字可以是一样的也可以是不一样的
函数在设计的时候，一定要尽量功能单一
数组在传参的时候，形参的数组和实参的数组是同一个数组

7. 嵌套调用和链式访问

7.1 嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用，每个函数就像一个乐高零件，正是因为多个乐高的零件无缝的配合才能搭建出精美的乐高玩具，也正是因为函数之间有效的互相调用，最后写出了相对大型的程序。

题目：我们要计算某年的某月有多少天？如果要函数实现，可以设计2个函数

is_leap_year (): 根据年份确定是否是闰年
gets_days_of_month (): 调用 is_leap_year 确定是否是闰年，再根据月计算这个月的天数

这一段代码，完成了一个独立的功能。代码中有不少函数的调用

main 函数调用 scanf、printf、gets_days_of_month
gets_days_of_month 函数调用 is_leap_year

稍微大点的代码都是函数之间的嵌套调用，但是函数是不能嵌套定义的。

7.2 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，像链条一样将函数串起来就是函数的链式访问。

比如：

前面的代码完成动作写了2条语句，如果把 strlen 的返回值直接作为 printf 函数的参数呢？

这就是一个链式访问的例子，如下：

下面看一个有趣的代码，想想执行的结果是啥？

这个代码的关键是明白 printf 函数的返回是啥？

1 int printf ( const char * format , ...);

printf 函数返回的是打印在屏幕上的字符的个数。

上面的例子中，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，再返回1

第一个 printf 打印1

所以屏幕上最终打印：4321

8. 函数的声明和定义

8.1 单个文件

一般我们在使用函数的时候，直接将函数写出来就使用了。

比如：我们要写一个函数判断一年是否为闰年。

上部分为函数的定义，第15行是函数的调用，程序正常运行。

上面是函数的定义在函数调用之前，那如果函数的定义在函数调用之后呢？

如下：

在VS2022上会出现警告。

这是因为C语言编译器对源代码进行编译的时候，是从第一行往下扫描的，当遇到第7行的 is_leap_year 函数调用的时候，并没有发现前面有 is_leap_year 的定义，就爆出了上面的警告。

怎么解决这个问题呢？

就是函数调用之前先声明一下 is_leap_year 这个函数，声明函数只要交代清楚：函数名，函数的返回类型和函数的参数。

如：int is_leap_year（int y）；这就是函数的声明。函数声明中参数只保留类型，省略掉名字也是可以的。

有了函数声明，代码就可以正常编译了。

【重点】

函数的调用一定要满足，先声明后调用；

函数的定义也是一种特殊的声明，所以函数定义放在调用之前也是可以的。

8.2 多个文件

如果写代码时代码较多，不会将所有代码都放在一个文件里，我们往往会根据程序的功能，将代码拆分放在多个文件里。

一般情况下，函数的声明、类型的声明放在头文件（.h）中，函数的实现放在源文件中（.c）文件中。如下：

add.c

1 // 函数的定义

2 int Add ( int x, int y )

3 {

4 return x+y ;

5 }

add.h

1 //函数的声明

2 int Add ( int x, int y );

test.c

1 #include <stdio.h>

2 #include "add.h"

3

4 int main

5 {

6 int a = 0;

7 int b = 0;

8 // 函数调用

9 int c = Add（a，b）

10 printf（"%d\n",c）;

11 return 0;

12 }

8.3 static 和 extern

static 和 extern 都是C语言中的关键字。

static 是静态的意思，用途：

修饰局部变量
修饰全局变量
修饰函数

extern 是用来声明外部符号的。

作用域：是程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效的（可用的），而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

局部变量的作用域是变量所在的局部范围。
全局变量的作用域是整个工程（项目）。

生命周期：指的是变量的创建（申请内存）到变量的销毁（收回内存）之间的一个时间段。

局部变量的生命周期：进入作用域变量创建，生命周期开始，出作用域生命周期结束。
全局变量的生命周期：整个程序的生命周期。

8.3.1 static 修饰局部变量

代码1的 test 函数中的局部变量 i 是每次进入 test 函数都要创建的变量（生命周期开始）并赋值为0，然后++，打印，到出 test 函数，i 变量销毁（生命周期结束）释放内存。

代码2，从输出结果看，i 的值有累加的效果，其实 test 函数中的 i 创建好后，出函数的时候 i 是不会销毁的，重新进入函数也就不会重新创建变量，直接上次累积的数值继续计算。

【结论】

static 修饰局部变量改变了变量的生命周期，生命周期改变的本质是改变了变量的存储类型，本来一个局部变量是存储在内存的栈区的，但是被 static 修饰后存储到了静态区。存储在静态区的变量和全局变量是一样的，生命周期就和程序的生命周期一样了，只有程序结束，变量才销毁，内存才回收。但作用域是不变的。

【小tip】

如果一个变量出了函数后，我们还想保留值，等下次进入函数继续使用，就可以使用 static 修饰。