C语言 -- 函数

1. 函数的概念

数学中我们其实就见过函数的概念，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若个较小的函数（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的用，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 – 是现成的，可以直接使用的函数
• 自定义函数 – 是根据需要，自己设计和创造的函数

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

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：
C/C++官方的链接：https://zh.cppreference.com/w/c/header
cplusplus.com：https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/

举例：sqrt

2.2.1 功能

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

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。

2.2.3 实践

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 是函数返回值的类型
• 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

写一个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

Add函数也可以简化为：

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：

4.1 实参

如上图：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

如上图：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：

下面是在VS2022 X86环境调试的

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。

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。

• 函数的返回类型如果什么都不写，默认函数的类型是int.
  

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。

根据上述的信息，我们就可以实现这两个函数：
图示：

代码如下：

#include <stdio.h>
void set_arr(int arr2[], int sz2)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz2; i++){arr2[i] = -1;}
}void print_arr(int arr[],int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}int main()
{int arr1[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz1 = sizeof(arr1) / sizeof(arr1[0]);print_arr(arr1, sz1);//打印数组的所有内容set_arr(arr1, sz1);//将数组的元素全部设置为-1print_arr(arr1, sz1);//打印数组的所有内容return 0;
}

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，每个函数就行一个乐高零件，正是因为多个乐高的零件互相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，最后写出来了相对大型的程序。
假设我们计算某年某月有多少天？，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
• get_days_of_month()：调用is_leap_year确定是否是闰年后，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。代码中反应了不少的函数调用：
• main 函数调⽤ scanf 、 printf 、 get_days_of_month
• get_days_of_month 函数调⽤ is_leap_year
未来的稍微大一些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外一个函数的参数，像链条一样将函数串起来就是函数的链式访问。

前面的代码完成动作写了2条语句，把如果把strlen的返回值直接作为printf函数的参数呢？这样就是一个链式访问的例子了。

在看⼀个有趣的代码，下⾯代码执行的结果是什么呢？

这个代码的关键是明白printf 函数的返回是啥？

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，我们就第一个printf打印的是第二个printf的返回值，第而个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，再放回1
第⼀个printf打印1
所以屏幕上最终打印：4321

再看下面一个例子：