C语言之函数详解

目录

函数的定义

函数的调用

变量的存储类型

auto自动变量

extern外部变量

static静态变量

register寄存器变量

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函数的定义

在C语言中，函数是一段可重复使用的代码块，用于执行特定的任务。函数的定义包括函数的声明和函数体两个部分。

函数的声明指明了函数的名称、参数列表和返回值类型，它告诉编译器函数的存在和如何使用。函数的声明通常放在头文件中或者提前放置在调用函数的代码之前。

函数的定义通常包含以下内容：

返回值类型 函数名(形参表说明) /*函数首部*/
{说明语句 /*函数体*/执行语句
}

对上面的定义形式进行以下说明：
(1)“返回值类型”是指函数返回值的类型。函数返回值不能是数组，也不能是函数，除此之外任何合法的数据类型都可以是函数的类型，如：int，long，float，char等。函数类型可以省略，当不指明函数类型时，系统默认的是整型。
(2)函数名是用户自定义的标识符，在C语言函数定义中不可省略，须符合C语言对标识符的规范，用于标识函数，并用该标识符调用函数。另外函数名本身也有值，它代表了该函数的入口地址，使用指针调用函数时，将用到此功能。
(3)形参又称为“形式参数”。形参表是用逗号分隔的一组变量说明，包括形参的类型和形参的标识符，其作用是指出每一个形参的类型和形参的名称，当调用函数时，接收来自主调函数的数据，确定各参数的值。
(4)用{ }括起来的部分是函数的主体，称为函数体。函数体是一段程序，确定该函数应完成的规定的运算，应执行的规定的动作，集中体现了函数的功能。函数内部应有自己的说明语句和执行语句，但函数内定义的变量不可以与形参同名。花括号{ }是不可以省略的。

以下是一个函数声明的示例：

int add(int a, int b);

这个函数声明的名称是add，它接受两个int类型的参数a和b，并且返回一个int类型的值。

函数的定义包括函数的声明和函数体。以下是一个函数的定义示例：

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

在这个示例中，我们定义了一个名为add的函数，它接受两个int类型的参数a和b。函数体内部的代码计算a和b的和，并将结果存储在局部变量sum中。最后，通过return语句将sum作为函数的返回值返回。

需要注意的是，函数的定义必须在函数被调用之前。一般情况下，函数的定义放在程序的开头或者单独的源文件中，并通过头文件进行声明。

函数可以有返回值，也可以没有返回值。如果函数没有返回值，可以使用void作为返回类型。以下是一个没有返回值的函数定义示例：

void greet() {printf("Hello, world!\n");
}

这个示例中的greet函数没有参数，也没有返回值。函数体内部的代码打印出"Hello, world!"的字符串。

函数的调用

在C语言中，函数的调用是通过函数名称和参数列表进行的。当程序执行到函数调用语句时，会跳转到函数定义处执行函数体内的代码，并将参数传递给函数。函数执行完毕后，程序会返回到函数调用的位置继续执行后续的代码。

函数的调用通常采用以下的格式：

return_value = function_name(argument1, argument2, ...);

其中，return_value是函数的返回值，function_name是函数的名称，argument1, argument2, ...是函数的参数列表。

以下是一个函数调用的示例：

int result = add(3, 5);

这个示例中，我们调用了一个名为add的函数，传递了两个参数3和5。函数调用的结果被存储在变量result中。

需要注意的是，函数调用时的参数类型、数量和顺序必须与函数定义中的参数类型、数量和顺序相匹配。如果函数定义中有返回值，那么函数调用时也需要使用相应的变量来接收返回值。

另外，函数的调用可以作为表达式的一部分，也可以独立使用。例如：

printf("The sum is: %d\n", add(3, 5));

这个示例中，我们直接在printf函数的参数列表中调用了add函数，并将其返回值作为printf函数的参数之一。

变量的存储类型

在C语言中，变量就像是一个存储箱，你可以在其中存储信息（数据）。每个存储箱都有一个名字（变量名）和一个类型（数据类型，比如整数、浮点数、字符等）。

在计算机中，保存变量当前值的存储单元有两类，一类是内存，另一类是CPU的寄存器。变量的存储类型关系到变量的存储位置，有四种不同类型的存储箱，它们在电脑里的存放地点和存在的时间都有所不同：

• 自动变量（auto）：这些存储箱只在函数被调用的时候出现，函数结束后就消失了。
• 外部变量（extern）：这些存储箱在整个程序运行期间都存在，可以在不同的函数之间共享。
• 静态变量（static）：这些存储箱也在整个程序运行期间都存在，但只能在一个特定的函数或文件中使用。
• 寄存器变量（register）：这些存储箱存放在CPU的寄存器中，访问速度非常快，但数量有限。

变量的保留时间又称为生存期，从时间角度，可将变量分为静态存储和动态存储两种情况。

生存期：这是存储箱存在的时间。

• 静态存储的存储箱在整个程序运行期间都存在。
• 动态存储的存储箱只在特定的函数调用期间存在。

变量的作用范围又称为作用域，从空间角度，可以将变量分为全局变量和局部变量。

• 局部变量：只有在特定的函数或代码块中才能访问的存储箱。
• 全局变量：在整个程序中都可以访问的存储箱。

后面，我们将对这四种类型变量逐一展开实例讲解。

auto自动变量

C语言的自动存储类（auto）是默认的存储类，当没有显式地指定存储类时，变量会被默认为自动存储类。自动变量在函数内部声明，它们在函数被调用时创建，并在函数执行完毕后销毁。

以下是关于C语言自动存储类的一些详细说明：

• 生命周期：自动变量的生命周期与其所在的块（通常是函数）的执行周期相对应。当程序执行到包含自动变量声明的块时，会为该变量分配内存空间；当块执行完毕或离开作用域时，自动变量的内存空间会被释放。这意味着自动变量只在其所在的块中可见和有效，超出该块的范围后无法访问。
• 存储位置：自动变量通常存储在栈（stack）上。栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，用于存储函数的局部变量、函数的参数、返回地址等信息。每当函数被调用时，会在栈上为自动变量分配一段内存空间，函数执行完毕后，这些内存空间会被自动释放，供其他函数使用。
• 默认行为：在C语言中，当变量声明时没有指定存储类时，默认为自动存储类。例如，函数内部声明的变量通常是自动变量。
• 初始化：自动变量可以在声明时进行初始化，也可以在后续的代码中赋值。未初始化的自动变量会被分配一个未定义的值（即垃圾值），因此在使用之前应该确保对其进行初始化。
• 作用域：自动变量的作用域仅限于声明它们的块内部。这意味着自动变量只在其所在的块中可见，超出该块的范围后无法访问。同名的自动变量可以在不同的块中声明而互不干扰，每个块中的自动变量都有自己的作用域。

需要注意的是，自动存储类在C语言中已经成为默认的存储类，通常情况下不需要显式地指定自动存储类。但为了代码的可读性和明确性，有时候还是会将自动存储类关键字"auto"加在变量声明前面。

总结起来，C语言的自动存储类（auto）用于声明函数内部的局部变量，它们在函数调用时创建，在函数执行完毕后销毁。自动变量的存储空间通常位于栈上，其作用域仅限于声明它们的块内部。

例如声明一个自动变量：

int fun(int a)
{auto int b,c=3;/*定义b,c为自动变量*/
}

 a是函数fun()的形参，b、c是自动变量，并对c赋初值3。执行完fun()函数后，自动释放a、b、c所占的存储单元。

extern外部变量

C语言的extern关键字用于声明外部变量，它用于在一个源文件中引用另一个源文件中已经定义的全局变量。外部变量是在一个源文件中定义，而在其他源文件中使用的。

以下是关于C语言extern外部变量的一些详细说明：

• 声明外部变量：在一个源文件中，如果要引用另一个源文件中已经定义的全局变量，可以使用extern关键字进行声明。这样，在当前源文件中就可以使用该全局变量，而无需重新定义它。
• 全局作用域：被extern声明的变量具有全局作用域，即可以在整个程序的任何地方访问。它们的生命周期从程序启动到程序结束，不会因为函数的执行而改变。
• 存储位置：外部变量通常存储在全局数据区或静态数据区。全局数据区用于存储全局变量和静态变量，而静态数据区用于存储仅在当前源文件中可见的静态变量。
• 初始化：外部变量可以在定义时进行初始化，也可以在后续的代码中赋值。未初始化的外部变量会被默认初始化为0或空指针，具体取决于其类型。
• 多文件共享：extern关键字的主要作用是在多个源文件之间共享变量。通过在一个源文件中定义变量，并在其他源文件中使用extern关键字声明该变量，可以实现对全局变量的共享访问。
• 注意事项：在使用extern声明外部变量时，要确保已经在其他源文件中定义了该变量。否则，在链接阶段可能会出现链接错误。

需要注意的是，外部变量的使用应当谨慎。过度使用外部变量可能会导致代码的可读性和可维护性下降。通常情况下，应该尽量避免过多使用外部变量，而是通过函数参数和返回值来传递和获取数据。

总结起来，C语言的extern关键字用于声明外部变量，它允许在一个源文件中引用另一个源文件中已经定义的全局变量。外部变量具有全局作用域，存储在全局数据区或静态数据区，可以在整个程序中进行访问。通过extern关键字，可以在多个源文件之间共享变量。

以下是一个简单的代码示例，展示了如何在多个源文件中使用extern关键字声明和共享外部变量：

在文件A.c中定义外部变量：

// A.c
int globalVariable = 10;

在文件B.c中使用extern关键字声明并使用外部变量：

// B.c
#include <stdio.h>extern int globalVariable; // 使用extern关键字声明外部变量int main() {printf("全局变量的值为： %d\n", globalVariable);return 0;
}

在上述示例中，文件A.c中定义了一个名为globalVariable的全局变量，并初始化为10。在文件B.c中，通过使用extern关键字声明了globalVariable，并在main函数中使用它打印出其值。

static静态变量

C语言中的静态变量（static variable）是一种具有特殊属性的变量，它们与普通的自动变量（局部变量）和全局变量有所不同。下面是关于C语言静态变量的详细说明：

1. 存储位置：静态变量存储在静态数据区（或称为全局数据区）中，而不是栈上。与自动变量不同，静态变量在程序的整个生命周期内都存在，并且只被初始化一次。
2. 生命周期：静态变量的生命周期从程序开始到程序结束，与全局变量类似。它们在程序启动时被初始化，并在程序结束时被销毁。
3. 作用域：静态变量可以具有不同的作用域，取决于它们的声明位置。当静态变量在函数内部声明时，它们在声明的函数范围内可见，但在函数调用结束后仍然保留其值。当静态变量在函数外部声明时，它们在整个程序中可见，但只能在声明的源文件中访问。
4. 初始化：静态变量可以在声明时进行初始化，也可以在后续的代码中赋值。与全局变量类似，未显式初始化的静态变量将被默认初始化为0（对于静态整型变量）或空指针（对于静态指针变量）。
5. 作用：静态变量的主要作用之一是保持变量的值在函数调用之间的持久性。当函数被多次调用时，静态变量的值将保持不变，而不会像自动变量那样在每次函数调用之后被重置。
6. 访问控制：静态变量的作用域仅限于声明它们的源文件。这意味着其他源文件无法直接访问静态变量，从而提供了一定的封装性和信息隐藏。

需要注意的是，静态变量的使用应当谨慎。过度使用静态变量可能导致代码的可读性和可维护性下降，因为它们具有全局的可见性。通常情况下，我们应该优先使用局部变量，并通过函数参数和返回值来传递和获取数据。

以下是一个简单的示例代码，展示了静态变量的使用：

#include <stdio.h>void increment() {static int count = 0; // 静态变量在函数内部声明count++;printf("Count: %d\n", count);
}int main() {increment(); // 输出 Count: 1increment(); // 输出 Count: 2increment(); // 输出 Count: 3return 0;
}

在上述示例中，increment函数内部声明了一个静态变量count。每次调用increment函数时，count的值会递增，并打印出当前的count值。由于count是静态变量，它的值在函数调用之间保持不变，而不会被重置为初始值。

总结起来，C语言中的静态变量具有特殊的属性，它们存储在静态数据区，具有全局的生命周期和作用域。静态变量在程序运行期间保持其值的持久性，常用于需要保留状态或计数的情况。然而，我们应当谨慎使用静态变量，并确保其使用符合设计和代码结构的最佳实践。

register寄存器变量

C语言的register关键字用于向编译器建议将变量存储在寄存器中，以便快速访问。下面是关于C语言register寄存器变量的详细说明：

• 存储位置：register关键字用于向编译器建议将变量存储在寄存器中。寄存器是位于CPU内部的高速存储器，可以比主存储器更快地访问。使用register关键字并不直接将变量放入寄存器，而是向编译器发出建议。
• 限制：register关键字具有一些限制。它只能应用于自动变量（即局部变量），而不能应用于全局变量、静态变量或函数参数。此外，由于寄存器的数量有限，编译器可能会忽略对register关键字的建议，将变量存储在内存中。
• 作用：将变量存储在寄存器中可以提高访问速度，因为寄存器可以更快地读取和写入数据。这在需要频繁访问的变量上尤为有效，例如循环计数器或其他需要高性能的计算。
• 可能影响：使用register关键字并不保证变量一定存储在寄存器中。编译器可以根据自身的策略和优化规则来决定是否将变量存储在寄存器中。如果编译器无法满足所有register变量的要求，它可能会忽略一些建议，将变量存储在内存中。
• 注意事项：由于编译器对register关键字的处理是可选的，因此不应过度依赖它来改善性能。编译器通常会根据代码的上下文和优化策略自动选择最佳的存储位置。在现代的编译器中，对于大多数情况，使用register关键字并不会带来显著的性能提升。

以下是一个简单的示例代码，展示了register关键字的使用：

#include <stdio.h>int main() {register int i; // 建议将i存储在寄存器中for (i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ", i);//输出：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9}return 0;
}

在上述示例中，变量i被声明为register类型，以便将其存储在寄存器中。这样做可以提高循环的执行速度，因为i是一个频繁访问的计数器。

总结起来，C语言的register关键字用于向编译器建议将变量存储在寄存器中，以提高访问速度。然而，由于编译器对register关键字的处理是可选的，使用它并不一定会带来显著的性能提升。在编写代码时，应该谨慎使用register关键字，并确保性能优化的需求真正存在。