C语言中的函数

叁歲伎倆 2023-10-08 16:52 36阅读 0赞

## 一、什么是函数？ ##

数学中我们常见到函数的概念。但是你了解C语言中的函数吗？  
维基百科中对函数的定义：  
在计算机科学中，子程序（英语：Subroutine, procedure, function, routine, method,  
subprogram, callable unit），是一个大型程序中的某部分代码， 由一个或多个语句块组  
成。它负责完成某项特定任务，而且相较于其他代 码，具备相对的独立性。  
一般会有输入参数并有返回值，提供对过程的封装和细节的隐藏。这些代码通常被集成为软  
件库。

## 二、C语言中函数的分类 ##

1、库函数  
2、自定义函数

### 2.1、库函数 ###

> 为什么会有库函数？
> 
> 1.  我们知道在我们学习C语言编程的时候，总是在一个代码编写完成之后迫不及待的想知道结果，想  
>     把这个结果打印到我们的屏幕上看看。这个时候我们会频繁的使用一个功能：将信息按照一定的格  
>     式打印到屏幕上（printf）。
> 2.  在编程的过程中我们会频繁的做一些字符串的拷贝工作（strcpy）。
> 3.  在编程是我们也计算，总是会计算n的k次方这样的运算（pow）。  
>     像上面我们描述的基础功能，它们不是业务性的代码。我们在开发的过程中每个程序员都可能用的到，  
>     为了支持可移植性和提高程序的效率，所以C语言的基础库中提供了一系列类似的库函数，方便程序员  
>     进行软件开发。  
>     那怎么学习库函数呢？  
>     这里我们简单的看看：[C语言库函数][C]  
>     ![在这里插入图片描述][d5bf13f5d05c415bbcda095ecd475f7f.png]  
>     简单的总结，C语言常用的库函数都有：  
>     IO函数  
>     字符串操作函数  
>     字符操作函数  
>     内存操作函数  
>     时间/日期函数  
>     数学函数  
>     其他库函数

#### 2.1.1、我们参照文档，学习几个库函数 ####

##### 2.1.1.1、strcpy #####

> [strcpy][]  
> ![在这里插入图片描述][bfd0df02fade41d3b0cc3d2043bc8850.png]

##### 2.1.1.2、memset #####

> [memset][]  
> ![这里是引用][3ed40b2ba9844d14ab570b47a56064e7.png]  
> 库函数参考手册[http://zh.cppreference.com中文版][http_zh.cppreference.com]  
> [https://en.cppreference.com/w/英文版][https_en.cppreference.com_w]

### 2.2、自定义函数 ###

如果库函数能干所有的事情，那还要程序员干什么？  
所有更加重要的是自定义函数。  
自定义函数和库函数一样，有函数名，返回值类型和函数参数。  
但是不一样的是这些都是我们自己来设计。这给程序员一个很大的发挥空间。

##### 函数的组成 #####

ret_type fun_name(para1, * )
    {
        
    	statement;//语句项
    }
    	ret_type 返回类型
    	fun_name 函数名
    	para1 函数参数

> ![这里是引用][6c2cfdabdd83465aac79db057efab62a.png]  
> 举个例子：写一个函数可以找出两个整数中的最大值  
> ![在这里插入图片描述][435fb209e0e74e58b3be997c531a1026.png]

## 三、函数的参数 ##

> 举个例子：写一个函数可以交换两个整形变量的内容  
> 此时我们不用函数的方法来解决  
> ![在这里插入图片描述][68996bb6c3224b78b1662f51dc83cfc9.png]  
> 注意：此时我们写一个函数来交换两个变量的值\*\*（这是一个错误的例子）\*\*  
> ![在这里插入图片描述][910b278f0472453c9c7c9715abf7137d.png]  
> 正确的方式  
> ![在这里插入图片描述][73c4e01b26744799b6cd90ec2ac03edd.png]  
> ![在这里插入图片描述][48210cb5da4b48e78c5fa520c0d7c108.png]

### 3.1、实际参数 ###

> 真实传给函数的参数，叫实参。  
> 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，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参

### 3.2、形式参数 ###

> 形式参数是指函数名后括号中的变量，因为形式参数只有在函数被调用的过程中才实例化（分配内存单元），所以叫形式参数。形式参数当函数调用完成之后就自动销毁了。因此形式参数只在函数中有效。  
> 上面Swap1和Swap2函数中的参数 x，y，px，py 都是形式参数  
> 所以我们可以简单的认为：形参实例化之后其实相当于实参的一份临时拷贝

## 四、函数的调用 ##

### 4.1、传值调用 ###

函数的形参和实参分别占有不同内存块，对形参的修改不会影响实参。

### 3.2、传址调用 ###

> 传址调用是把函数外部创建变量的内存地址传递给函数参数的一种调用函数的方式。  
> 这种传参方式可以让函数和函数外边的变量建立起真正的联系，也就是函数内部可以直接操作函数外部的变量。  
> ![在这里插入图片描述][449b2fb30fb5482b8c295650fef50eb0.png]

## 五、练习 ##

### 5.1、 写一个函数可以判断一个数是不是素数 ###

#include<stdio.h>
    #include<math.h>
    int is_sushu(int a)
    {
        
    	int i = 0;
    	for (i = 2; i <= sqrt(a); i++)
    	{
        
    		//如果a % i == 0，说明可以整除，那a就不是素数
    		if (a % i == 0)
    		{
        
    			return 0;
    		}
    	}
    	//代码执行到这里，说明循环已经结束，那a % i != 0，所以a就是素数
    	return 1;
    }
    
    int main()
    {
        
    	// 写一个函数可以判断一个数是不是素数
    	int a = 0;
    	scanf("%d",&a);
    	//is_sushu如果返回1，说明这个数是素数
    	//        如果返回0，说明这个数不是素数
    	int ret = is_sushu(a);
    	if (ret == 1)
    	{
        
    		printf("是素数！\n");
    	}
    	if (ret == 0)
    	{
        
    		printf("不是素数！\n");
    	}
    	return 0;
    }

### 5.2、写一个函数判断一年是不是闰年 ###

int is_year(int year)
    {
        
    	if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0)
    	{
        
    		return 1;
    	}
    	return 0;
    }
    //普通闰年：公历年份是4的倍数，且不是100的倍数的，为闰年（如2004年、2020年等就是闰年）。
    //世纪闰年：公历年份是整百数的，必须是400的倍数才是闰年（如1900年不是闰年，2000年是闰年）。
    //写一个函数判断一年是不是闰年。
    int main()
    {
        
    	int year = 0;
    	scanf("%d",&year);
    	//is_year如果返回1，说明这年是闰年
        //	如果返回0，说明这这年不是闰年
    	int ret = is_year(year);
    	if (1 == ret)
    	{
        
    		printf("%d年是闰年！",year);
    	}
    	if (0 == ret)
    	{
        
    		printf("%d年不是闰年！",year);
    	}
    	return 0;
    }

### 5.3、写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找 ###

int er_fen(int arr[], int k, int sz)
    {
        
    	int left = 0;//左下标
    	int right = sz - 1;//右下标
    	int mid = 0;//中间元素下标
    	while (left <= right)
    	{
        
    		mid = (left + right) / 2;
    		if (arr[mid] < k)
    		{
        
    			left = mid + 1;
    		}
    		else if (arr[mid] > k)
    		{
        
    			right = mid - 1;
    		}
    		else
    		{
        
    			return mid;
    		}
    	}
    	return -1;
    }
    //写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找
    int main()
    {
        
    	int arr[] = {
         1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    	int k = 0;
    	printf("请输入你要找的数：");
    	scanf("%d",&k);
    	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    	//如果er_fen返回数组元素的下标，说明数组里面有这个整数
    	//如果er_fen返回-1，说明数组里面没有这个整数
    	int ret = er_fen(arr, k, sz);
    	if (-1 == ret)
    	{
        
    		printf("找不到这个数！");
    	}
    	else
    	{
        
    		printf("找到了，下标为： %d",ret);
    	}
    	return 0;
    }

### 5.4、写一个函数，每调用一次这个函数，就会将num的值增加1 ###

void Add(int* num)
    {
        
    	//通过解引用的方式找到num的值，然后在将他改变
    	*num = *num + 1;
    }
    //写一个函数，每调用一次这个函数，就会将num的值增加1
    int main()
    {
        
    	int num = 0;
    	Add(&num);
    	printf("%d\n",num);
    	Add(&num);
    	printf("%d\n", num);
    	Add(&num);
    	printf("%d\n", num);
    	Add(&num);
    	printf("%d\n", num);
    
    	return 0;
    }

## 六、函数的嵌套调用和链式访问 ##

### 6.1、函数的嵌套调用 ###

> ![这里是引用][f7d72b6d554a4c24a8fc9db4d9eefb26.png]  
> **函数能嵌套调用，但是不能嵌套定义**  
> ![在这里插入图片描述][bcb67268702448269b170b1e14c1d899.png]

### 6.1、链式访问 ###

> 把一个函数的返回值作为另外一个函数的参数  
> ![在这里插入图片描述][a29a836e013f4867b8f47e4319a5a710.png]

#### 6.1.1、笔试题 ####

#include <stdio.h>
    int main()
    {
        
    	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
    	//结果是啥？
    	//注：printf函数的返回值是打印在屏幕上字符的个数
    	return 0;
    }

> ![这里是引用][8832d5ddf9b043328a5a442d9fa4d501.png]

## 七、函数的声明和定义 ##

### 7.1、函数的声明 ###

> 1.  告诉编译器有一个函数叫什么，参数是什么，返回类型是什么。但是具体是不是存在，函数声明决定不了。
> 2.  函数的声明一般出现在函数的使用之前。要满足先声明后使用。  
>     ![在这里插入图片描述][e579c72966dd4f56aa40e2c27e3eebf7.png]
> 3.  函数的声明一般要放在头文件中的  
>     ![在这里插入图片描述][a9323bf26efe402982065c9ad04e347d.png]

### 7.2、函数的定义 ###

> 函数的定义是指函数的具体实现，交待函数的功能实现  
> ![在这里插入图片描述][1b07d209c6bd4efdb90d44171bc943ed.png]

## 八、函数递归 ##

### 8.1、什么是递归？ ###

> 程序调用自身的编程技巧称为递归（ recursion）。  
> 递归做为一种算法在程序设计语言中广泛应用。 一个过程或函数在其定义或说明中有直接或间接调用自身的  
> 一种方法，它通常把一个大型复杂的问题层层转化为一个与原问题相似的规模较小的问题来求解，递归策略  
> 只需少量的程序就可描述出解题过程所需要的多次重复计算，大大地减少了程序的代码量。  
> 递归的主要思考方式在于：**把大事化小**

### 8.2、递归的两个必要条件 ###

> 1、存在限制条件，当满足这个限制条件的时候，递归便不再继续。  
> 2、每次递归调用之后越来越接近这个限制条件
> 
> 举个例子：接受一个整型值（无符号），按照顺序打印它的每一位  
> 例如：  
> 输入：1234，输出 1 2 3 4  
> ![在这里插入图片描述][09b3d4f1f5d4431b9b7b2abecd229452.png]  
> **如果没有if（n > 9）这个条件会发生什么？？？？**  
> ![在这里插入图片描述][3532a40138ec4daaaeebc11f0246cd30.png]  
> 函数每调用一次就会在栈区开辟空间  
> ![在这里插入图片描述][967f50862c47425bab15b4af6ca02f1e.png]

### 8.3、（练习）编写函数不允许创建临时变量，求字符串的长度。 ###

int my_strlen(char* s)
    {
        
    	if (*s != '\0')
    	{
        
    		return 1 + my_strlen(s+1);
    	}
    	else
    	{
        
    		return 0;
    	}
    }
    
    int main()
    {
        
    	char arr[10] = "abcd";
    	int ret = my_strlen(arr);
    	printf("%d\n",ret);
    	return 0;
    }

> ![这里是引用][3988c5091aca403088dd997a3912c495.png]

### 8.4、递归与迭代 ###

#### 8.4.1、（练习）求n的阶乘，用递归的方式 ####

int Fac(int n)
    {
        
    	if (n <= 1)
    	{
        
    		return 1;
    	}
    	return n * Fac(n - 1);
    }
    int main()
    {
        
    	int a = 5;
    	int ret = Fac(a);
    	printf("%d\n", ret);
    	return 0;
    }

> ![在这里插入图片描述][83c1e67c7029493eb064f60e9f5cbef9.png]

### 8.4.2、求第n个斐波那契数 ###

int Fib(int n)
    {
        
    	if (n <= 2)
    	{
        
    		return 1;
    	}
    	return Fib(n-1) + Fib(n-2);
    }
    int main()
    {
        
    	int n = 9;
    	int ret = Fib(n);
    	printf("%d\n", ret);
    	return 0;
    }

> ![这里是引用][61cedd31137e4d518f55ab10fc9f2497.png]  
> 但是我们发现有问题；  
> 在使用 fib 这个函数的时候如果我们要计算第50个斐波那契数字的时候特别耗费时间。  
> 使用 Fac函数求10000的阶乘（不考虑结果的正确性），程序会崩溃  
> 这是因计算的时间花费太多，导致屏幕上一致没有打印数来，或者是这得到的数已经超过了变量的能够存的值了  
> ![在这里插入图片描述][6e01cac5e34b4905be73e9ddff916277.png]

为什么呢？  
我们发现 fib 函数在调用的过程中很多计算其实在一直重复  
如果我们把代码修改一下：

int count = 0;//全局变量
    int Fib(int n)
    {
        
    	if (n == 3)
    		count++;
    	if (n <= 2)
    		return 1;
    	else
    		return Fib(n - 1) + Fib(n - 2);
    }
    int main()
    {
        
    	int n = 50;
    	int ret = Fib(n);
    	printf("%d\n", ret);
    	return 0;
    }

最后我们输出看看count，是一个很大很大的值  
那我们如何改进呢？  
在调试 Fib 函数的时候，如果你的参数比较大，那就会报错： \`stack overflow（栈溢  
出） 这样的信息。  
系统分配给程序的栈空间是有限的，但是如果出现了死循环，或者（死递归），这样有可能导致一  
直开辟栈空间，最终产生栈空间耗尽的情况，这样的现象我们称为栈溢出

那如何解决上述的问题：

1.  将递归改写成非递归。

int Fib(int n)
    {
        
    	int a = 1;
    	int b = 1;
    	int c = 1;
    	while (n > 2)
    	{
        
    		c = a + b;
    		a = b;
    		b = c;
    		n--;
    	}
    	return c;
    }
    int main()
    {
        
    	int n = 5;
    	int ret = Fib(n);
    	printf("%d\n", ret);
    	return 0;
    }

> ![这里是引用][0beb5e9dbcd94368a863ed7776f0fe6e.png]  
> 什么时候使用递归？？  
> 1．当解决一个问题递归和非递归都可以使用，且没有明显问题。那就可以使用递归。  
> 2．当解决一个问题递归写起来很简答，非递归比较复杂，且递归没有明显问题，那就用递归。  
> 3．如果说用递归解决问题，写起来简单，但是有明显问题，那就不能使用递归  
> （如果递归解决不了，那就写成非递归的方式）

注意：

1.  许多问题是以递归的形式进行解释的，这只是因为它比非递归的形式更为清晰。
2.  但是这些问题的迭代实现往往比递归实现效率更高，虽然代码的可读性稍微差些。
3.  当一个问题相当复杂，难以用迭代实现时，此时递归实现的简洁性便可以补偿它所带来的运行时开销。

[C]: https://cplusplus.com/reference/
[d5bf13f5d05c415bbcda095ecd475f7f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d5bf13f5d05c415bbcda095ecd475f7f.png
[strcpy]: https://cplusplus.com/reference/cstring/strcpy/
[bfd0df02fade41d3b0cc3d2043bc8850.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/bfd0df02fade41d3b0cc3d2043bc8850.png
[memset]: https://cplusplus.com/reference/cstring/memset/
[3ed40b2ba9844d14ab570b47a56064e7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/3ed40b2ba9844d14ab570b47a56064e7.png
[http_zh.cppreference.com]: http://zh.cppreference.com
[https_en.cppreference.com_w]: https://en.cppreference.com/w/
[6c2cfdabdd83465aac79db057efab62a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/6c2cfdabdd83465aac79db057efab62a.png
[435fb209e0e74e58b3be997c531a1026.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/435fb209e0e74e58b3be997c531a1026.png
[68996bb6c3224b78b1662f51dc83cfc9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/68996bb6c3224b78b1662f51dc83cfc9.png
[910b278f0472453c9c7c9715abf7137d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/910b278f0472453c9c7c9715abf7137d.png
[73c4e01b26744799b6cd90ec2ac03edd.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/73c4e01b26744799b6cd90ec2ac03edd.png
[48210cb5da4b48e78c5fa520c0d7c108.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/48210cb5da4b48e78c5fa520c0d7c108.png
[449b2fb30fb5482b8c295650fef50eb0.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/449b2fb30fb5482b8c295650fef50eb0.png
[f7d72b6d554a4c24a8fc9db4d9eefb26.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f7d72b6d554a4c24a8fc9db4d9eefb26.png
[bcb67268702448269b170b1e14c1d899.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/bcb67268702448269b170b1e14c1d899.png
[a29a836e013f4867b8f47e4319a5a710.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a29a836e013f4867b8f47e4319a5a710.png
[8832d5ddf9b043328a5a442d9fa4d501.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/8832d5ddf9b043328a5a442d9fa4d501.png
[e579c72966dd4f56aa40e2c27e3eebf7.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/e579c72966dd4f56aa40e2c27e3eebf7.png
[a9323bf26efe402982065c9ad04e347d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a9323bf26efe402982065c9ad04e347d.png
[1b07d209c6bd4efdb90d44171bc943ed.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/1b07d209c6bd4efdb90d44171bc943ed.png
[09b3d4f1f5d4431b9b7b2abecd229452.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/09b3d4f1f5d4431b9b7b2abecd229452.png
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