C語言程序設(shè)計(jì)第7章-函數(shù)

C語言程序設(shè)計(jì)主編：連衛(wèi)民何櫻第7章函數(shù)本章主要內(nèi)容：7.1函數(shù)概述7.2函數(shù)的定義與調(diào)用（重點(diǎn)）7.3函數(shù)的嵌套與遞歸（重點(diǎn)）7.4局部變量與全局變量7.5變量的存儲(chǔ)類型7.6內(nèi)部函數(shù)與外部函數(shù)本章教學(xué)要求：了解函數(shù)的基本概念和分類

熟悉變量存儲(chǔ)屬性的概念及其應(yīng)用

掌握函數(shù)的定義形式、函數(shù)的參數(shù)和函數(shù)的返回值、函數(shù)的嵌套調(diào)用和遞歸函數(shù)的設(shè)計(jì)方法

7.1函數(shù)概述7.1.1函數(shù)的概念C語言的函數(shù)與數(shù)學(xué)的函數(shù)十分相似。數(shù)學(xué)函數(shù)“y=f(x)”表示：對于自變量x的每個(gè)給定值，總是按照一定的規(guī)律f給出它的結(jié)果y。例如：對于函數(shù)式y(tǒng)=x2+3x+4，C語言可定義為：函數(shù)就是具有一定功能的可以單獨(dú)命名的程序段。

一個(gè)函數(shù)一般完成單一的功能。函數(shù)是C程序的基本模塊，通過對函數(shù)模塊的調(diào)用實(shí)現(xiàn)特定的功能。第7章函數(shù)7.1函數(shù)概述7.1.2函數(shù)分類在C語言中，可以從不同的角度對函數(shù)分類。1.根據(jù)函數(shù)自身形式劃分（1）無參函數(shù)：函數(shù)名后括號中沒有參數(shù)（調(diào)用時(shí)無數(shù)據(jù)傳送）。（2）有參函數(shù)：函數(shù)名后括號中有參數(shù)（調(diào)用時(shí)有數(shù)據(jù)傳送）。2.從用戶角度劃分（1）標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)（即庫函數(shù)）：是C語言的系統(tǒng)軟件為用戶提供的無需定義就可以直接使用的函數(shù)。

（2）自定義函數(shù)：是由用戶按照需要編寫的函數(shù)。第7章函數(shù)7.1函數(shù)概述7.1.2函數(shù)分類3.C語言程序總體結(jié)構(gòu)C語言程序是由一個(gè)或多個(gè)函數(shù)模塊組成，每個(gè)函數(shù)都具有相對獨(dú)立的單一功能。所以，我們說C語言程序是函數(shù)的集合體。有且只有一個(gè)函數(shù)稱為主函數(shù)，程序的執(zhí)行總是從主函數(shù)開始。

主函數(shù)中的所有語句執(zhí)行完，則程序執(zhí)行結(jié)束。假設(shè)某個(gè)程序由main函數(shù)和其它五個(gè)函數(shù)組成，如圖7-1所示。

第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用C語言中的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)用戶可以直接使用，而自定義函數(shù)需要用戶先定義后使用。

7.2.1函數(shù)的定義1．函數(shù)定義的格式定義格式：圖。說明：任何函數(shù)都是由函數(shù)首部和函數(shù)體兩部分組成。函數(shù)首部由函數(shù)類型、函數(shù)名和函數(shù)參數(shù)組成，函數(shù)體由說明部分和執(zhí)行部分組成。

【例7-1】定義一個(gè)求兩個(gè)整數(shù)和的函數(shù)。【例7-2】定義輸出一串字符的函數(shù)。注意：在函數(shù)定義時(shí)，函數(shù)名要反映函數(shù)的功能；每一個(gè)函數(shù)要完成一個(gè)具體的功能；函數(shù)定義不能嵌套，也就是說在函數(shù)體內(nèi)不能再定義函數(shù)。第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用7.2.1函數(shù)的定義2．函數(shù)參數(shù)函數(shù)參數(shù)分為形參和實(shí)參兩種，作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。定義函數(shù)時(shí)的參數(shù)稱為形式參數(shù)，簡稱形參。因?yàn)樵搮?shù)在該函數(shù)被調(diào)用之前是沒有確定值的，只是形式上的參數(shù)，這種參數(shù)只有在函數(shù)被調(diào)用時(shí)通過實(shí)參來獲取值。調(diào)用函數(shù)時(shí)的參數(shù)稱為實(shí)際參數(shù)，簡稱實(shí)參。強(qiáng)調(diào)：函數(shù)的參數(shù)表示實(shí)現(xiàn)該函數(shù)功能所必需的已知條件，在定義函數(shù)時(shí)以形參的形式給出?！纠?-3】定義一個(gè)求n個(gè)整數(shù)和的函數(shù)。說明：數(shù)組作為形參時(shí)其長度可省略。第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用7.2.1函數(shù)的定義3．函數(shù)的類型和返回值函數(shù)的類型在函數(shù)名前面給出，表明該函數(shù)返回值的類型。函數(shù)返回值是指函數(shù)被調(diào)用之后，用return語句返回主調(diào)函數(shù)的值。return語句的格式：

return表達(dá)式;

或

return(表達(dá)式);

或

return;一般地，函數(shù)的類型應(yīng)與return語句后表達(dá)式的類型一致。當(dāng)函數(shù)體沒有return語句或return后沒有表達(dá)式，表示函數(shù)沒有明確的返回值，此時(shí)函數(shù)的類型一般定義為空類型，即void類型。如例7-2的hello函數(shù)。return控制程序流程返回主調(diào)函數(shù)，宣告函數(shù)調(diào)用結(jié)束。第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用7.2.2函數(shù)的調(diào)用1.函數(shù)調(diào)用方式

一般形式：

函數(shù)名（實(shí)參表列）三種方式：（1）函數(shù)語句：函數(shù)調(diào)用的一般形式加上分號。例如：hello();（2）函數(shù)表達(dá)式：函數(shù)出現(xiàn)在一個(gè)表達(dá)式中，這種表達(dá)式稱為函數(shù)表達(dá)式。例如：x=max(a,b)+2;

（3）函數(shù)參數(shù)：函數(shù)作為另一個(gè)函數(shù)調(diào)用的實(shí)際參數(shù)出現(xiàn)。

例如：m=max(a,max(b,c));說明：三種調(diào)用方式中后兩種要求函數(shù)必須有明確的返回值。第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用7.2.2函數(shù)的調(diào)用2.函數(shù)調(diào)用中的參數(shù)參數(shù)是函數(shù)調(diào)用時(shí)進(jìn)行信息交換的載體，其傳遞方式是單向傳送，即數(shù)據(jù)由實(shí)參傳給形參。要求實(shí)參與形參個(gè)數(shù)相等、類型對應(yīng)一致，并且實(shí)參的值必須確定。

參數(shù)之間的數(shù)據(jù)傳遞一般有兩種形式：

（1）傳值（普通變量作為函數(shù)參數(shù)）函數(shù)調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)給形式參數(shù)分配存儲(chǔ)空間，按數(shù)據(jù)復(fù)制的方式，實(shí)參把數(shù)據(jù)傳遞給形參。數(shù)據(jù)傳遞是單向的值傳送，形參與實(shí)參分別占用不同的存儲(chǔ)空間。調(diào)用結(jié)束后，被調(diào)函數(shù)中所有變量（包含形參）的存儲(chǔ)空間釋放，不能再被使用，其值也不會(huì)再傳回給實(shí)參。例如：調(diào)用例7-2中sum函數(shù)的完整程序第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用7.2.2函數(shù)的調(diào)用2.函數(shù)調(diào)用中的參數(shù)（2）傳地址（數(shù)組名作為函數(shù)參數(shù)）當(dāng)需要把數(shù)組的全部元素傳遞到另一函數(shù)中處理時(shí)使用。數(shù)組名作參數(shù)，實(shí)參和形參都應(yīng)使用數(shù)組名，并且在主調(diào)函數(shù)和被調(diào)函數(shù)中分別進(jìn)行定義。例如：調(diào)用例7-3中sumn函數(shù)的完整程序當(dāng)執(zhí)行“s=sumn(x,10)”語句時(shí)，將數(shù)組x的首地址（假設(shè)為1020）傳送給形參數(shù)組a，從而形參數(shù)組a與實(shí)參數(shù)組array共用相同的一組存儲(chǔ)單元，如圖7-2所示。值得強(qiáng)調(diào)：在被調(diào)函數(shù)中并沒有為形參數(shù)組另外開辟存儲(chǔ)單元，也沒有進(jìn)行復(fù)制式傳遞數(shù)組元素的值，而是通過與實(shí)參數(shù)組共享存儲(chǔ)單元而達(dá)到目的。第7章函數(shù)7.2函數(shù)的定義及調(diào)用7.2.2函數(shù)的調(diào)用3.被調(diào)函數(shù)的聲明若函數(shù)定義放在調(diào)用它的函數(shù)之前，主調(diào)函數(shù)中可以直接使用該函數(shù)。否則要在主調(diào)函數(shù)中先聲明該函數(shù)。函數(shù)聲明的一般格式為：類型標(biāo)識符函數(shù)名(函數(shù)參數(shù)表);函數(shù)聲明的內(nèi)容就是函數(shù)定義的首部內(nèi)容，也稱函數(shù)模型（或函數(shù)原型）。向編譯系統(tǒng)提供函數(shù)名、函數(shù)類型、函數(shù)參數(shù)的個(gè)數(shù)、類型等信息?！纠?-4】函數(shù)聲明可以省略形參名，僅有形參類型，也可二者均省略。如：

floatmax(float,float)；

或floatmax()；函數(shù)聲明可以函數(shù)定義的外部。省略函數(shù)聲明：整型函數(shù)、被調(diào)函數(shù)放在主調(diào)函數(shù)之前，在程序開頭對定義的所有函數(shù)進(jìn)行聲明。第7章函數(shù)7.3函數(shù)的嵌套和遞歸7.3.1函數(shù)的嵌套調(diào)用在調(diào)用一個(gè)函數(shù)的過程中又調(diào)用了另一個(gè)函數(shù)，稱為函數(shù)的嵌套調(diào)用。

【例7-5】求組合數(shù)。分析：由于運(yùn)算式中，多次用到階乘運(yùn)算，所以把階乘運(yùn)算定義成一個(gè)函數(shù)，供多次使用。

C語言中函數(shù)的定義是平行的、獨(dú)立的，不允許在一個(gè)函數(shù)體內(nèi)定義另一個(gè)函數(shù)，但是C語言允許在一個(gè)函數(shù)的定義中調(diào)用另一個(gè)函數(shù)。這樣就出現(xiàn)了函數(shù)的嵌套調(diào)用，如圖7-3所示。函數(shù)嵌套的級數(shù)是不受限制的。但是，函數(shù)嵌套的級數(shù)越多，執(zhí)行效率就越低。第7章函數(shù)7.3.2函數(shù)的遞歸調(diào)用函數(shù)的遞歸調(diào)用是在調(diào)用一個(gè)函數(shù)的過程中又直接或間接地調(diào)用該函數(shù)本身。在調(diào)用函數(shù)的過程中又調(diào)用了本函數(shù)，這稱為直接遞歸調(diào)用。而在調(diào)用函數(shù)中通過調(diào)用其他函數(shù)調(diào)用本函數(shù)，這稱為間接遞歸調(diào)用。【例7-6】設(shè)計(jì)一個(gè)遞歸函數(shù)計(jì)算n!。（1）遞歸調(diào)用的條件：原問題化為新問題，新問題與原問題的解決辦法相同；經(jīng)過有限次數(shù)的劃分，最終獲得解決。

（2）遞歸調(diào)用的特點(diǎn)：程序簡潔清晰，可讀性強(qiáng)，但開銷比較大。

（3）遞歸調(diào)用的過程：“遞推”階段；“回歸”階段。圖第7章函數(shù)7.3函數(shù)的嵌套和遞歸7.4局部變量和全局變量定義一個(gè)變量后，只有在該變量的作用域內(nèi)才能使用這個(gè)變量。在C語言中，按作用域可以把變量分為局部變量和全局變量。7.4.1局部變量在函數(shù)體內(nèi)定義的變量稱為局部變量，也稱內(nèi)部變量局部變量只在定義它的函數(shù)體內(nèi)有效。在不同的函數(shù)體內(nèi)可以定義同名的變量，這些變量互不干擾?！纠?-8】閱讀下列程序，注意同名的局部變量的使用。說明:

（1）主函數(shù)中定義的變量只在主函數(shù)中有效。（2）不同函數(shù)中可以使用相同變量名，不會(huì)發(fā)生沖突。（3）形參也是局部變量。（4）在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部可以使用復(fù)合語句來定義變量，這樣的變量只在本復(fù)合語句中有效。

第7章函數(shù)7.4局部變量和全局變量7.4.2全局變量在函數(shù)體外定義的變量稱為全局變量，也稱外部變量。全局變量可以被本文件中的函數(shù)所共用，它的有效范圍是從定義變量的位置開始到本源文件結(jié)束。

【例7-9】用函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變量值的交換

普通變量作函數(shù)參數(shù)時(shí)是單向的“值”傳遞，形參和實(shí)參都是局部變量，各自作用域不同。此時(shí)用全局變量實(shí)現(xiàn)（修改程序）說明：（1）全局變量可以為多個(gè)函數(shù)共用，降低函數(shù)的獨(dú)立性。

建議只有在必要時(shí)才設(shè)置全局變量。（2）當(dāng)全局變量名與局部變量名相同時(shí)，在局部變量的有效范圍內(nèi)全局變量不起作用。（3）全局變量的作用域是從定義處開始到整個(gè)程序結(jié)束。若想在定義點(diǎn)之前引用，需要用關(guān)鍵字“extern”作引用說明。第7章函數(shù)7.5變量的存儲(chǔ)類型變量是對程序中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的抽象，完整的變量定義應(yīng)該確定它的兩種屬性：存儲(chǔ)類型和數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)類型是變量的操作屬性，表明變量的取值范圍和可以執(zhí)行的操作。存儲(chǔ)類型是變量的存儲(chǔ)屬性，表明變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方法。7.5.1存儲(chǔ)空間的劃分計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器：內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器和寄存器。

計(jì)算機(jī)的內(nèi)存可以分為程度區(qū)、靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)靜態(tài)存儲(chǔ)是指在程序運(yùn)行期間分配固定的存儲(chǔ)空間，該存儲(chǔ)空間直到程序運(yùn)行結(jié)束后才被釋放；動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)是在程序運(yùn)行期間根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配存儲(chǔ)空間，該存儲(chǔ)空間不需要時(shí)立即釋放。變量的存儲(chǔ)方式實(shí)質(zhì)上描述了變量的時(shí)間特性。第7章函數(shù)7.5變量的存儲(chǔ)類型在C語言中，變量的存儲(chǔ)類型有四種：自動(dòng)的(auto)、靜態(tài)的(static)、寄存器的(register)、和外部的(extern)。7.5.2局部變量的存儲(chǔ)類型1.自動(dòng)（auto）局部變量定義局部變量時(shí)，如果沒有指定存儲(chǔ)類型或使用了auto說明符，系統(tǒng)就認(rèn)為所定義的變量具有自動(dòng)存儲(chǔ)類型。自動(dòng)存儲(chǔ)類型用關(guān)鍵字auto表示，其中“auto”也可以省略。

int

a,b；

等價(jià)于

autoint

a,b；自動(dòng)變量的存儲(chǔ)單元被分配在內(nèi)存的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。自動(dòng)變量“用之則建，用完即撤”。強(qiáng)調(diào)：自動(dòng)變量定義后如果沒有賦值，其初始值是不確定的。第7章函數(shù)7.5變量的存儲(chǔ)類型7.5.2局部變量的存儲(chǔ)類型2.靜態(tài)（static）局部變量定義局部變量時(shí)，指定存儲(chǔ)類型為static的變量，稱該變量為靜態(tài)局部變量。靜態(tài)變量的存儲(chǔ)單元分配在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，靜態(tài)局部變量所占的存儲(chǔ)單元不釋放。在下一次函數(shù)調(diào)用時(shí)，該變量可以保存上次函數(shù)調(diào)用后的值?！纠?-10】編程計(jì)算1！、2！、3！、4！和5！說明：（1）靜態(tài)變量是在編譯時(shí)賦初值一次。如定義靜態(tài)變量時(shí)沒有賦值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)賦初值0或空字符。（2）靜態(tài)局部變量在函數(shù)調(diào)用后仍然存在，但其它函數(shù)不能用。（3）靜態(tài)局部變量降低了程序的可讀性，盡量少用。第7章函數(shù)7.5變量的存儲(chǔ)類型7.5.2局部變量的存儲(chǔ)類型3.寄存器（register）局部變量定義局部變量時(shí)，指定存儲(chǔ)類型為register的變量，稱該變量為寄存器變量。寄存器變量具有與自動(dòng)變量完全相同的性質(zhì)。區(qū)別在于：寄存器變量的值保存在CPU的寄存器中，這樣執(zhí)行速度更快。通常把使用頻率較高的變量（如循環(huán)次數(shù)較多的循環(huán)變量）定義為register類型。

如：registerint

i,j

；說明：（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的寄存器數(shù)目不等，寄存器的長度也不同。當(dāng)不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)處理成自動(dòng)（auto）變量。。（2）只有局部變量（包括形參）才能定義為寄存器類型，全局變量不可定義為該存儲(chǔ)類型。第7章函數(shù)7.5變量的存儲(chǔ)類型7.5.3全局變量的存儲(chǔ)類型

全局變量是在函數(shù)外面定義的，它的存儲(chǔ)單元在編譯時(shí)被分配在內(nèi)存的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)。

當(dāng)一個(gè)程序由多個(gè)源文件組成時(shí)，全局變量可分為靜態(tài)（static）全局變量和非靜態(tài)全局變量。1.靜態(tài)（static）全局變量所謂靜態(tài)全局變量是指在定義全局變量的前面加static，從而限定該全局變量只在本文件中使用。如：好處：當(dāng)多人編寫一個(gè)程序的不同文件時(shí)，可以按照需要命名變量，而不必考慮因與其他文件中的變量同名而導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生，以保證文件的獨(dú)立性。第7章函數(shù)7.5變量的存儲(chǔ)類型7.5.3全局變量的存儲(chǔ)類型2.非靜態(tài)全局變量所謂非靜態(tài)全局變量是指在定義全局變量的前面不加static（相當(dāng)于省略extern），使該全局變量可被別的文件使用。非靜態(tài)全局變量在使用它的文件中要用extern作聲明。如：說明：（1）全局變量（靜態(tài)、非靜態(tài)）都是在編譯時(shí)分配存儲(chǔ)單元的，其存儲(chǔ)單元分配在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，生存期是整個(gè)程序的運(yùn)行周期。（2）使用外部的全局變量應(yīng)十分慎重，盡量少用。（3）多文件C程序的執(zhí)行方法之一：用include命令在一個(gè)文件中把其它文件包含進(jìn)來一起進(jìn)行編譯。第7章函數(shù)7.6內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)

函數(shù)的本質(zhì)是全局的，它可以被本文件中的其他函數(shù)任意調(diào)用。當(dāng)一個(gè)程序由多個(gè)源文件組成時(shí)，函數(shù)可分為內(nèi)部（static）函數(shù)和外部（extern）函數(shù)。7.6.1內(nèi)部函數(shù)用static聲明的函數(shù)為內(nèi)部函數(shù)，也稱為靜態(tài)函數(shù)。使用內(nèi)部函數(shù)，可以使函數(shù)只局限于所在文件。

通常把只能由同一文件使用的函數(shù)和外部變量放在一個(gè)文件中，在它們前面都冠以static使之局部化，其他文件不能引用。

7.6.2外部函數(shù)用extern聲明的函數(shù)為外部函數(shù)。在定義函數(shù)中，凡是不加存儲(chǔ)類型說明的函數(shù)都為外部函數(shù)。

【例7-12】編程計(jì)算學(xué)生考試的平均分（分析）。第7章函數(shù)7.6內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)7.6.3程序的分割編譯源程序由多個(gè)源文件組成，可以按照一個(gè)個(gè)的源文件為單位對它們進(jìn)行分別編譯，然后再把分別編譯后生成的目標(biāo)文件鏈接成一個(gè)可執(zhí)行文件。這樣的編譯過程稱為分割編譯。

分割編譯處理方式為大型軟件的集體開發(fā)提供了有力的支持，為軟件的維護(hù)和擴(kuò)充提供了便利。在VC++環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)分割編譯的步驟：第一步：創(chuàng)建各個(gè)源程序文件。第二步：建立工作區(qū)。選擇：文件→新建→工作區(qū)，建空白工作區(qū)第三步：建立工程文件。選擇：文件→新建→工程→Win32ConsoleApplication第四步：將源程序文件添加到工程。選擇：工程→增加到工程→文件第五步：像一個(gè)文件程序一樣編譯、連接運(yùn)行程序。第7章函數(shù)7.7函數(shù)的程序設(shè)計(jì)舉例【例7-13】求20以內(nèi)的素?cái)?shù)，要求編寫一個(gè)判斷素?cái)?shù)的函數(shù)。分析：素?cái)?shù)是指只能被1和自身整除的自然數(shù)。設(shè)計(jì)一個(gè)判斷素?cái)?shù)的函數(shù)，它從主函數(shù)得到一個(gè)