C语言超详细函数知识

1.函数概念

在数学中我们学习过函数的概念，例如一次函数y=kx+b，k和b都是常数，给一个任意的x，就得到一个y值。

在C语言中我们也要学习函数的概念，也有种说法翻译为：子程序。这种翻译其实更加准确。C语言的函数就是一个完成某项特定任务的一小段代码。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⼲个较小的函数（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⽤的，提升了开发软件的效率。

在C语言中我们一般会见到俩种函数：

1.库函数 2.自定义函数

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ANSIC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ANSIC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，⼀些常⻅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： C 标准库头文件 - cppreference.com

2.2库函数的使用

库函数的学习和查看⼯具很多，⽐如：

cplusplus.com: C library - C++ Reference

https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/

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

举例：

sqrt

头文件：#include<math.h>

double sqrt (double x);

//sqrt 是函数名

//x 是函数的参数，表⽰调⽤sqrt函数需要传递⼀个double类型的值

//double 是返回值类型 - 表⽰函数计算的结果是double类型的值

功能：Returns the square root of x.（返回平方根）

示例代码：

#include <stdio.h>      /* printf */
#include <math.h>       /* sqrt */

int main ()
{
  double param, result;
  param = 1024.0;
  result = sqrt (param);
  printf ("sqrt(%f) = %f\n", param, result );
  return 0;
}

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。

自定义函数的语法形式：
ret_type fun_name(形式参数）

{

}

• 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。

• 函数的参数是定义函数时在函数声明中指定的参数，它们在函数被调用时接收传递进来的数据。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。

我们可以把函数想象成一个加工厂，工厂输入原料，经过加工产出产品，函数也是一样，输入参数（函数可以没有参数），经过函数内的运算，得出结果。

示例代码：

写⼀个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int num1 = 0;
	int num2 = 0;
	scanf("%d %d", &num1, &num2);
	int ret = Add(num1, num2);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

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。

4.形参和实参

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int num1 = 0;
	int num2 = 0;
	scanf("%d %d", &num1, &num2);
	int ret = Add(num1, num2);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

4.1 实参

在上述代码中，main函数中调用Add函数时，传递给函数的参数num1和num2，称为实际参数，简称实参，实际参数就是真是传递给函数的参数。

4.2 形参

在上述代码中，定义函数时，在函数名Add后的括号中的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 实参与形参的关系

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例：

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。

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。

在进行数组传参时我们要注意：

• 函数的形式参数要和函数的实参个数匹配

• 函数的实参是数组，形参也是可以写成数组形式的

• 形参如果是⼀维数组，数组大小可以省略不写

• 形参如果是⼆维数组，行可以省略，但是列不能省略

• 数组传参，形参是不会创建新的数组的

• 形参操作的数组和实参的数组是同⼀个数组

比如：写⼀个函数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。

在该题目中，我们先创建一个set_arr函数改变函数内容，再写一个print_arr函数打印数组。代码如下：

void set_arr(int arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		arr[i] = -1;
	}
}

void print_arr(int arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}


int main()
{
	int arr[5] = { 0 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	set_arr(arr, sz);
	print_arr(arr, sz);
	return 0;
}

7.嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用，每个函数就是一个乐高零件，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。

_Bool is_leap_year(int year)
{
	if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}

}

int get_days_of_month(int year)
{
	int arr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
	int month = 0;
	scanf("%d", &month);
	int day = arr[month];
	_Bool ret = is_leap_year(year);
	if ((ret == true) && (month != 0))
	{
		if (month == 2)
		{
			return day + 1;
		}
		else
		{
			return day;
		}
	}
	else
	{
		return day;
	}
}

int main()
{
	int year = 0;
	scanf("%d", &year);
	int day = get_days_of_month(year);
	printf("%d", day);
	return 0;
}

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，代码如下：

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。

8.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。

比如：

int main()
{
	int num = strlen("abcdef");
	printf("%d\n", num);
	return 0;
}

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。

int main()
{
	printf("%zd\n", strlen("abcdef"));
	return 0;
}

在看⼀个有趣的代码，下⾯代码执⾏的结果是什么呢？

int main()
{
	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
	return 0;
}

这个代码的关键是明⽩ printf 函数的返回是啥?

cplusplus.com:

printf - C++ Referencehttps://legacy.cplusplus.com/reference/cstdio/printf/?kw=printfprintf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，第⼆个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

9.函数的声明和定义

9.1 单个文件

⼀般我们在使⽤函数的时候，直接将函数写出来就使⽤了。看代码：

int Add(int x, int y)//函数定义
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int num1 = 0;
	int num2 = 0;
	scanf("%d %d", &num1, &num2);
	int ret = Add(num1, num2);//函数调用
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

这种场景下是函数的定义在函数调⽤之前，没啥问题。

那如果我们将函数的定义放在函数的调⽤后边，如下：

int main()
{
	int num1 = 0;
	int num2 = 0;
	scanf("%d %d", &num1, &num2);
	int ret = Add(num1, num2);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

编译器将会报错，如下：

这是因为C语⾔编译器对源代码进⾏编译的时候，从第⼀⾏往下扫描的，当遇到Add函数调⽤的时候，并没有发现前⾯有Add函数的定义，就报出了上述的警告。

怎么解决这个问题呢？就是函数调⽤之前先声明⼀下Add这个函数，声明函数只要交代清楚：函数名，函数的返回类型和函数的参数。如： int Add(int x,int y);这就是函数声明，函数声明中参数只保留类型，省略掉名字也是可以的。代码变成这样就能正常编译了。

int Add(int x, int y);

int main()
{
	int num1 = 0;
	int num2 = 0;
	scanf("%d %d", &num1, &num2);
	int ret = Add(num1, num2);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

函数的调⽤⼀定要满意，先声明后使⽤；

函数的定义也是⼀种 特殊的声明，所以如果函数定义放在调⽤之前也是可以的。

9.2 多个文件

⼀般在企业中我们写代码时候，代码可能⽐较多，不会将所有的代码都放在⼀个⽂件中；我们往往会根据程序的功能，将代码拆分放在多个⽂件中。

⼀般情况下，函数的声明、类型的声明放在头⽂件（.h）中，函数的实现是放在源⽂件（.c）文件中。

如下：

add.c

//函数的定义

int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}

add.h

//函数的声明

int Add(int x, int y);

test.c

#include<stdio.h>
#include "add.h"
int main()
{
   int num1 = 20;
   int num2 = 30;
   int ret = Add(num1, num2);//函数调用
   printf("%d\n", ret);
   return 0;
}

运行结果：

有了函数声明和函数定义的理解，我们写代码就更加⽅便了。

10.static和extern

static 和 extern 都是C语言中的关键字。

static 是静态的的意思，可以用来：

• 修饰局部变量

• 修饰全局变量

• 修饰函数

extern 是用来声明外部符号的。

在讲解 static 和 extern 之前我们需要了解俩个概念：作⽤域和⽣命周期。

作用域（scope）是程序设计概念，通常来说，⼀段程序代码中所用到的名字并不总是有效（可用）的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

1. 局部变量的作用域是变量所在的局部范围。

2. 全局变量的作用域是整个工程（项目）。

生命周期指的是变量的创建(申请内存)到变量的销毁(收回内存)之间的⼀个时间段。

1. 局部变量的生命周期是：进入作用域变量创建，生命周期开始，到出作用域生命周期结束。

2. 全局变量的生命周期是：整个程序的生命周期。

10.1 extern声明

看示例代码：

extern 是用来声明外部符号的，如果⼀个全局的符号在A文件中定义的，在B文件中想使用，就可以使用 extern 进行声明，然后使用。

10.2 static修饰局部变量

对⽐代码1和代码2的效果，理解 static 修饰局部变量的意义。

代码1的test函数中的局部变量i是每次进⼊test函数先创建变量（⽣命周期开始）并赋值为0，然后

++，再打印，出函数的时候变量⽣命周期将要结束（释放内存）。

代码2中，我们从输出结果来看，i的值有累加的效果，其实 test函数中的i创建好后，出函数的时候是不会销毁的，重新进⼊函数也就不会重新创建变量，直接上次累积的数值继续计算。

结论：static修饰局部变量改变了变量的生命周期，生命周期改变的本质是改变了变量的存储类型，本来一个局部变量是存储在内存的栈区的，但是被 static 修饰后存储到了静态区。存储在静态区的变量和全局变量是⼀样的，生命周期就和程序的生命周期⼀样了，只有程序结束，变量才销毁，内存才回收。但是作用域不变的。

使⽤建议：未来⼀个变量出了函数后，我们还想保留值，等下次进⼊函数继续使⽤，就可以使⽤static修饰。

10.3 static修饰全局变量

在左上角的代码中可以正常运行，extern成功在另一个文件中声明了num1,而下面的代码则运行失败，原因出在num2在定义时有static修饰。（num1,num2和main函数并不在同一个文件中）。

结论：一 个全局变量被static修饰，使得这个全局变量只能在本源文件内使用，不能在其他源⽂件内使用。本质原因是全局变量默认是具有外部链接属性的，在外部的⽂件中想使用，只要适当的声明就可以使用；但是全局变量被 static 修饰之后，外部链接属性就变成了内部链接属性，只能在自己所在的源⽂件内部使用了，其他源文件，即使声明了，也是无法正常使用的。

使用建议：如果一个全局变量，只想在所在的源文件内部使用，不想被其他文件发现，就可以使用

static修饰。

10.4 static修饰函数

上方的代码可以运行成功，而一旦在下方的函数Add定义前加上static，代码就运行失败了。（Add函数和main函数并不在同一个文件中）。

结论：其实 static 修饰函数和 static修饰全局变量是⼀模⼀样的，⼀个函数在整个工程都可以使用， 被static修饰后，只能在本文件内部使用，其他文件无法正常的链接使用了。 本质是因为函数默认是具有外部链接属性，具有外部链接属性，使得函数在整个工程中只要适当的声明就可以被使用。但是被 static 修饰后变成了内部链接属性，使得函数只能在自己所在源文件内部使用。

使用建议：⼀个函数只想在所在的源文件内部使用，不想被其他源文件使用，就可以使用 static 修 饰。