第 8 章 函数

1. 第8章 函数

2. 概述 • C语言的源程序是由函数组成的，而且至少要有一个 • 主函数main，但实用程序往往由多个函数组成，函数是C • 语言源程序的基本模块，通过对函数模块的调用实现特 • 定的功能。C语言不仅提供了极为丰富的库函数（如printf • 、scanf函数等），还允许用户建立自己定义的函数。用 • 户可把自己编写的函数编成一个个相对独立的函数模块 • ，然后用调用的方法来使用函数。可以说C语言的全部工 • 作都是由各式各样的函数完成的。

3. 8.1 模块化设计与函数

4. 8.1 模块化设计与函数 • 我们使用过由系统定义的函数printf、scanf、strcmp等。以下是我们自己编写的使用主函数调用line()函数输出一个简单的信头的程序。 • #include <stdio.h> • void line() /* 定义函数 */ • { • printf("=======================================\n"); • } • void main() • { line(); /* 调用函数 */ • printf("%s"," Xinjiang Agricultural University\n"); • printf("%s"," No.42 Nanchang Rd,Urumqi,Xinjiang,P.R.China\n"); • printf("%s\n"," 830052"); • line(); /* 调用函数 */ • }

5. 8.1 模块化设计与函数 • 程序运行结果： • ======================================= • Xinjiang Agricultural University • No.42 Nanchang Rd,Urumqi,Xinjiang,P.R.China • 830052 • =======================================

6. 8.1 模块化设计与函数 • 在上述程序中引进line()函数，可以避免当需要重复打印 • 信头时，重复编写打印信头的语句。 • 在程序设计过程中，一般经常需要执行诸如此类的一些重 • 复操作。如果每次都重复编写一遍代码，程序开发效率将会很 • 低。此外，在编程处理一些比较复杂的问题时，常常需要将问 • 题细化，分解成若干个功能模块，由不同的人员分别实现，最 • 后再将这些功能模块组合起来实现最初的设计目标。 • 这些较小的、能够完成一定任务的、相对独立的程序段， • 可以被看作是组成一个程序的逻辑单元，C语言使用函数作为 • 程序的组成单元(即模块)。

7. 8.1 模块化设计与函数 • 使用函数(模块)进行程序设计的目的如下： • （1）为了方便地使用自己编写过的代码或其他程序设计者 • 编写的代码，比如调用系统提供的库函数等，避免大量的重 • 复工作以及简化程序。 • （2）将复杂而又庞大的问题，分解成若干个较小的、功能 • 简单、相对独立但又相互关联的函数(模块)进行程序设计， • 将使程序逻辑关系明确，结构清晰，可读性好，便于调试和 • 维护。比如分别调试每一个函数(模块)的工作量将远远小于 • 调试整个程序的工作量，另外，当需要修改程序功能时，只 • 需要修改相关函数即可。

8. 8.1 模块化设计与函数 • 在第1章介绍过，C源程序是由一个主函数和若干个其他 • 函数组成的。在C程序设计中，每一个小的功能模块可由C语 • 言的函数来完成，也就是说，C语言是通过函数来实现模块 • 化程序计的，所以较大的C语言应用程序往往是由多个函数 • 组成的，每个函数分别对应各自的功能模块。掌握C语言函 • 数的相关知识是进行模块化设计的基础。 • 本章介绍函数定义、函数调用、函数说明的概念、局部 • 函数和全局函数、局部变量和全局变量、函数调用中数据的 • 传递、变量的存储类别和递归函数等相关内容。

9. 8.2 函数的分类

10. 8.2 函数的分类 • C语言不仅提供了极为丰富的库函数，还允许用户建立 • 自己定义的函数。用户可把需要解决的问题编成一个个相对 • 独立的函数模块，然后用调用的方法来使用函数。我们可从 • 不同的角度对C语言的函数进行分类。 • 1．从函数定义的角度分类 • 从函数定义的角度看，函数可分为库函数和用户自定义函 • 数两种。 • （1）库函数。又称标准函数，C语言提供了丰富的库函数 • ，每个库函数都是一段完成特定功能的程序，由于这些功能 • 往往是程序设计人员的共同需求，所以这些功能被设计成标 • 准的程序块，并经过编译后以目标代码的形式存放在库文件 • 中。

11. 8.2 函数的分类 • 库函数包括了常用的数学函数（如绝对值函数fabs()，平 • 方根函数sqrt()等）、字符和字符串处理函数、输入/输出函数 • 等。这些库函数由系统定义，在C程序中可以直接调用，但调 • 用之前仍需要进行函数声明。对每一类库函数，系统都提供了 • 相应的头文件，该头文件中包含了这一类库函数的声明。 • 如getchar()、putchar()等输入/输出函数的说明包含在 • stdio.h”文件中。sin()、sqrt()等数学函数的说明包含在“math.h” • 文件中，所以程序中如果要用到库函数时，在程序文件的开头 • 应使用include命令包含相应的头文件。需要说明的是，不同的 • C语言系统提供的库函数的数量和功能有所不同，但有一些基 • 本函数是相同的。

12. 8.2 函数的分类 • （2）用户自定义函数。 • 是用户根据自己的需要编写的函数，以解决用户的专门需要。对用户自定义函数，不仅要在程序中定义函数本身，而且在主调函数模块中还必须对该被调函数进行类型说明，然后才能使用。

13. 8.2 函数的分类 • 2．从函数是否具有返回值的角度分类 • 从这个角度看，又可把函数分为有返回值函数和无返回值 • 函数两种。 • （1）有返回值函数。此类函数被调用执行完后将向调用者返 • 回一个执行结果，成为函数返回值。如数学函数sin()、sqrt()等 • 即属于此类函数。用户定义的这种要返回值的函数，必须在函 • 数定义和函数说明中明确返回值的类型。 • （2）无返回值函数。此类函数用于完成某项特定的处理任务 • ，执行完成后不向调用者返回函数值。这类函数类似于其他语 • 言的过程。由于函数无须返回值，用户在定义此类函数时可指 • 定它的返回值为“空类型”，空类型的说明符为“void”。

14. 8.2 函数的分类 • 3．从函数是否带有参数角度分类 • 从主调函数和被调函数之间数据传送的角度看，又可把 • 函数分为无参函数和有参函数两种。 • （1）无参函数。在函数定义、函数说明及函数调用中均不带 • 参数。主调函数和被调函数之间不进行参数传送。此类函数 • 通常用来完成一组指定的功能。可以返回或不返回函数值。 • （2）有参函数。在函数定义及函数说明时都有参数，此时 • 的参数称为形式参数（简称为形参）。在函数调用时也必须 • 给出参数，此时的参数称为实际参数（简称为实参）。进行 • 函数调用时，主调函数把实参的值传送给形参，供被调函数 • 使用。

15. 8.2 函数的分类 • 值得注意的是，在C语言中，所有的函数定义，包括主 • 函数main()在内，都是平行的。也就是说，在一个函数的函 • 数体内，不能再定义另一个函数，即不能嵌套定义。但是函 • 数之间允许相互调用，也允许嵌套调用。习惯上把调用者称 • 为主调函数。函数还可以自己调用自己，称为递归调用。 • 主函数main()它可以调用其他函数，而不允许被其他函 • 数调用。因此，C语言程序的执行总是从main()函数开始，完 • 成对其他函数的调用后再返回到main()函数，最后由main()函 • 数结束整个程序。一个C源程序必须有，也只能有一个主函 • 数main()。

16. 8.3 函数的定义

17. 8.3 函数的定义 • C语言函数的定义形式如下： • 数据类型说明符 函数名([形参定义表]) • { 内部资料的说明 • 执行语句 • }

18. 说明： （1）数据类型确定该函数返回值的数据类型，缺省时系统认为是整型或字符型。 （2）函数名由用户自己确定，必须符合C语言标识符的规则。 （3）形式参数（即形参变量）应是合法的标识符，形参之间用逗号隔开。函数可以没有形参，但函数名后面的一对圆括号不能缺省。 8.3 函数的定义

19. 例如，打印信头的line()函数没有形参，而且也没有返回值。例如，打印信头的line()函数没有形参，而且也没有返回值。 void line() { printf("=======================================\n"); } 例如，已知三角形三边长a,b,c，求三角形面积的函数，有3个形参，形参的类型为单精度型实数，此函数返回一个单精度型实数值。 float area(float a, float b, float c) { float p,s; p=(a+b+c)/2; s=sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c)); return s; } 8.3 函数的定义

20. 8.3 函数的定义 • （4）C语言中函数与函数之间是相互独立的、平行的，不允许在一个函数 • 中再定义另一个函数，即函数的定义不允许嵌套。 • 例8.1 编写一个函数，输出由指定数量的指定字符组成的分隔条。 • #include <stdio.h> • #include <string.h> • void line(char c,int n) • { int i; • for(i=1;i<=n;i++) /* 循环n次 */ • putchar(c); /* 输出n个字符 */ • printf("\n"); • } • void main() • { line('*',47); /* 传送'*'字符以及输出的个数47 */ • printf("%s"," Xinjiang Agricultural University\n"); • printf("%s"," No.42 Nanchang Rd,Urumqi,Xinjiang,P.R.China\n"); • printf("%s\n"," 830052"); • line('*',47); /* 传送'*'字符以及输出的个数47 */ • }

21. 8.3 函数的定义 • 程序运行结果： • ****************************************** • Xinjiang Agricultural University • No.42 Nanchang Rd,Urumqi,Xinjiang,P.R.China • 830052 • ******************************************

22. 8.4 函数的调用

23. 8.4 函数的调用 • 8.4.1 函数调用的方式 • 函数调用的一般形式为： • 函数名(实参表) • 例如，求三边长为3,4,5的三角形面积函数的调用形式为 area(3,4,5)；实参可以是常量、变量、表达式及函数，各实参之间用逗号隔开函数的调用有三种方式: • （1）函数表达式。函数调用出现在表达式中。 • 如：s=area(3,4,5)； • （2）函数语句。函数的调用是一个单独的语句。 • 如：printf(“I love China.\n”); • （3）函数参数。函数的调用出现在参数的位置。 • 如：max(max(a,b),c)；

24. 8.4 函数的调用 • 调用函数的一般执行过程如下： • （1）首先计算实参表达式的值，分别传递给对应的形参。 • （2）将控制传给被调函数，开始执行被调函数。 • （3）被调用函数保存调用函数的执行现场，其中包括断点等。 • （4）执行被调函数的函数体，遇到调用其它函数，重复执行⑴ • 调用其它函数。 • （5）遇到return语句或函数体的结束括号“}”，函数执行结 • 束。控制返回调用函数，从调用语句的下一条语句开始 • 继续执行调用函数。

25. 例8.2 求m个元素中取出n元素的组合数。 分析：这个问题三次计算阶乘，因此编写一个函数计算阶乘，主函数三次调用计算阶乘的函数，即可完成组合的计算。根据分析编写的程序如下： 8.4 函数的调用

26. void main( ) { long cmn; int m, n, t; printf(“input m,n=”); scanf(“%d,%d”,&m,&n); if(m<n) { t=m; m=n; n=t; } cmn=fac(m); cmn=cmn/fac(n); cmn=cmn/fac(m-n); printf(“cmn=%ld\n”,cmn); } 8.4 函数的调用 #include <stdio.h> long fac(int n) { long t=1; int k; for(k=2; k<=n; k++) t=t*k; return(t); }

27. 8.4 函数的调用 • 8.4.2 函数的参数传递 • 前面已经介绍过，函数的参数分为形参和实参两种。下 • 面进一步介绍形参和实参的特点及两者的关系。 • 形参出现在函数定义中，在整个函数体内都可以用，离 • 开该函数则不能用，它主要用来接收从主调函数传递来的数 • 据。实参出现在主调函数中，进入被调函数后，实参变量也 • 不能使用。形参和实参的功能是实现数据传递，进行函数调 • 用时，主调函数把实参的值传送给被调函数的形参，从而实 • 现主调函数向被调函数的数据传送，达到被调函数从主调函 • 数接收数据的目的，从而实现数据共享。

28. 8.4 函数的调用 • 函数的形参和实参具有以下特点： • （1）形参与实参各占独立的存储单元。但是值得注意的是，形参变量只有在被调用时才分配临时内存单元，在调用结束时，立即释放所分配的内存单元。因此，形参只有在函数内部使用，函数调用结束返回主调函数后则不能再使用该形参变量。 • （2）实参可以是常量、变量、表达式、函数等，无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须具有确定的值，以便把这些值传送给形参，每一次应预先用赋值，输入等办法使实参获得确定值。

29. 8.4 函数的调用 • （3）不仅实参的个数必须与被调函数形参的个数一致，而且实参的类型必须与被调函数对应形参的类型匹配。 • （4）函数调用中发生的数据传送是单向的，即只能把实参的值传送给形参，而不能把形参的值反向地传送给实参，因此在函数调用过程中，形参的值发生改变，而实参中的值不会变化。

30. 例8.3 编写一个程序，将主函数中的两个变量的值传送给swap 函数中的两个形参，交换两个形参的值。 #include <stdio.h> void swap(int x,int y) { int t; t=x; x=y; y=t; printf("x=%d, y=%d\n",x,y); } void main() { int a=10,b=20; swap(a,b); printf("a=%d, b=%d\n",a,b); } 8.4 函数的调用 程序运行结果： x=20, y=10 a=10, b=20

31. 8.5 函数的返回值

32. 8.5 函数的返回值 • 函数的值是指函数被调用后，执行函数体中的语句序列后所取得的值。函数的值只能通过return语句返回主调函数。因此，对于有返回值的函数，至少应有一个return语句。 • return语句的一般形式为： • return 表达式； • 或 • return(表达式)； • return语句的作用是，结束函数的执行，并将表达式的值带回给主调函数。

33. 例8.4 求一个浮点数的绝对值。 #include <stdio.h> float xabs(float x) { if(x<0) x=-x; /* 取绝对值 */ return(x); /*返回取绝对值后的x值*/ } 8.5 函数的返回值 void main( ) { float x,y; printf(“input x=”); scanf(“%f”,&x); y=xabs(x); printf(“y=%f\n”,y); } 程序运行结果： input x=-3.5↙ 3.500000

34. 说明： （1）表达式的类型应与函数定义的数据类型一 致，如果不一致则以函数定义的数据类型 为准。 （2）在一个函数中允许有多个return语句，流程 执行到其中一个return时，立即返回主调函 数。 8.5 函数的返回值

35. #include <stdio.h> #include <math.h> int prime(int n) { int k,m; m=sqrt(n); for(k=2;k<=m;k++) if(n%k==0) break; if(k>m) return(1); else return(0); } void main() { int n; printf(“input n=”); scanf(“%d”,&n); if(prime(n)) printf(“%d is a prime number.\n”,n); else printf(“%d is not a prime number.\n”); } 8.5 函数的返回值 例8.5 调用函数判断任意输入的一个自然数是否为素数。

36. 程序运行结果： input n=17↙ 17 is a prime number. input n=27↙ 27 is not a prime number. 8.5 函数的返回值

37. 8.5 函数的返回值 • （3）有的函数有返回值，有的函数没有返回值。有返回值的 • 函数中必须有return语句，没有返回值的函数的末尾可以 • 有一个不带表达式的return语句，或默认的return语句。 • （4）如果被调函数中没有return语句，函数不是不带回值，而 • 是带回一个不确定的值。为了明确表示函数不带回值， • 可以定义函数为无类型“void”（或称空类型）。 • 例如： • void printline() • { printf(“**********\n”); • } • printline函数的作用是输出10个“*”号，不需要返回值，因 • 此定义为void类型函数。

38. 例8.6 用无类型函数输出一个整数的绝对值。 #include <stdio.h> void xabs(int x) { int y; if(x>0) y=x; else y=-x; printf("y=%d\n",y); } void main() { int n; printf("input x="); scanf("%d",&n); xabs(n); } 8.5 函数的返回值 程序运行结果： input x=-5↙ y=5

39. 8.6 对被调函数的声明

40. 8.6 对被调函数的声明 • C语言程序中一个函数调用另一个函数需要具备的条件是： • （1）被调用的函数必须是已经存在的函数，是库函数或用户自定义函数。 • （2）如果调用库函数，一般要在程序文件的开头用“include”命令，包含有关库函数所在的头文件。例如，程序中要用到数学函数，则一般在文件开头应写上#include <math.h>，程序中要用到输入/输出库函数，则一般在文件开头应写上#include <stdio.h>， stdio.h是一个头文件，在stdio.h文件中存放了输入/输出库函数所用到的一些宏定义信息。如果不包含stdio.h文件，就无法输入/输出库函数。.h是头文件所用的后缀，标志头文件。

41. 8.6 对被调函数的声明 • （3）如果调用用户自定义函数，并且该函数与调用它的函数（即主调函数）在同一个程序文件中，一般还应该在主调函数中对被调函数作声明。即向编译系统声明将要调用此函数，并将有关信息通知编译。 • 与函数定义格式对应，函数的声明格式如下： • 存储类型 类型标识符 函数名(形参的定义表)；

42. 8.6 对被调函数的声明 • 以下几种情况可以不在主调函数中对被调函数进行说明： • （1）被调函数是整型（int型）或字符型（char型）函数。但使用这种方法时，系统无法对参数的类型进行检查。若调用函数时，参数使用不当，编译时也不会报错。因此，为了程序清晰和安全，建议加以声明为好。 • 例如：int max(int x,int y); • （2）被调函数写在主调函数的前面，因为被调函数写在主调函数之前，编译系统已经知道了函数的类型，并会根据函数首部提供的信息对函数作正确性检查，因此，可以不必在主调函数中对被调函数进行声明。

43. 8.6 对被调函数的声明 • （3）在一个函数内对被调函数进行声明，与在函数外对被调函数进行声明是有区别的。如果一个函数只被另一个函数所调用，在主调函数中声明和在函数外声明等价。如果一个函数只被多个函数所调用，可以在所有函数的定义之前对被调函数进行声明，这样，在所有主调函数中就不必再对被调函数进行声明了。

44. 例8.7 编写一个程序，比较两个数的大小。 #include <stdio.h> /* 对被调函数printf和scanf的声明 */ void max(int, int); /* 对被调函数max的声明 */ void min(int,int); /* 对被调函数min的声明 */ void print(int); /* 对被调函数print的声明 */ void main() /* 主函数的定义 */ { int a,b; printf("input a,b:"); scanf("%d,%d",&a,&b); max(a,b); min(a,b); } 8.6 对被调函数的声明

45. void max(int x,int y) /* max函数的定义 */ { int m; m=x>y?x:y; print(m); } void min(int x,int y) /* min函数的定义 */ { int n; n=x<y?x:y; print(n); } void print(int a) /* print函数的定义 */ { printf("%d\n",a); } 8.6 对被调函数的声明 程序运行结果： input a,b=9,5↙ 9 5

46. 如果把被调函数max、min、print分别写在主函数main()的前面，可以在前面不必对被调函数max、min、print进行声明。也可以把被调函数max、min分别写在主函数main()中，而单独把print写在主函数main()的前面。如果把被调函数max、min、print分别写在主函数main()的前面，可以在前面不必对被调函数max、min、print进行声明。也可以把被调函数max、min分别写在主函数main()中，而单独把print写在主函数main()的前面。 #include <stdio.h> /* 对被调函数printf和scanf的声明 */ void print(int); /* 对被调函数print的声明 */ void main() { void max(int, int); /* 对被调函数max的声明 */ void min(int,int); /* 对被调函数min的声明 */ int a,b; printf("input a,b:"); scanf("%d,%d",&a,&b); max(a,b); min(a,b); } 8.6 对被调函数的声明

47. 函数的定义和函数的声明不是一回事。函数的定义是对函数功能的确定，包括指定函数名、函数值的类型、形式参数及其类型、函数体等，它是一个完整的、独立的程序函数单位。函数的声明的作用是把函数的名字、函数的类型及参数的类型、个数、顺序通知编译系统，以便在调用该函数时系统按此进行对照检查（函数名是否正确，实参和形参的个数、类型、顺序是否一致），只有一行命令，可以照写已定义的函数的首部再加一个分号，就是对被调函数的声明。函数的定义和函数的声明不是一回事。函数的定义是对函数功能的确定，包括指定函数名、函数值的类型、形式参数及其类型、函数体等，它是一个完整的、独立的程序函数单位。函数的声明的作用是把函数的名字、函数的类型及参数的类型、个数、顺序通知编译系统，以便在调用该函数时系统按此进行对照检查（函数名是否正确，实参和形参的个数、类型、顺序是否一致），只有一行命令，可以照写已定义的函数的首部再加一个分号，就是对被调函数的声明。 8.6 对被调函数的声明

48. 8.7 函数的嵌套调用

49. 8.7 函数的嵌套调用 • C语言中函数的定义都是相互平行、独立的，也就是说在定义函数时，一个函数内不能再定义另一个函数，即函数的定义不能嵌套。但函数的调用可以嵌套，即被调用的函数还可以再调用其它函数。

50. 8.7 函数的嵌套调用 • 例8.8 验证哥德巴赫猜想，即一个大于等于6的偶数可以表示为两个素数之和， • 如： 6=3+3、8=3+5、10=3+7······ • 分析：目标是将一个大于等于6的偶数n，分解为n1和n2两个素数，使得n=n1+n2。采用穷举法，考虑n1和n2的所有组合情况，发现n1和n2均为素数时，即验证成功。fenjie函数用于将形参分解为两个素数之和。prime函数用于判断形参是否为素数，如果形参为素数则返回1，否则返回0。