清华谭浩强C语言课件第8章函数.ppt

第8章 函 数 8.1 概述 C语言是通过函数来实现模块化程序 设计的。一个较大的程序应分为若干程序模块 ，每个模块实现一个特定的功能，这个模块称 为子程序。C的子程序是通过函数实现的，函数 是C语言程序的基本单位。 函数的构成 源程序是由函数组成的。函数是源程序 的基本模块，通过对函数模块的调用实现特定 的功 能。 实用程序往往包括一个主函数main()和 若 干其他函数。其中主函数main()是必须的，它 是所有函数的执行起点。由主函数调用其它函 数，其它函数也可以互相调用，同一函数可以 被一个或多个函数调用任意多次。调用示意图 如下： 程序的全部工作都是由各式各样的 函数完成的，所以也把语言称为函数式语言 。 f11( ) f11( ) f31( ) f1( ) f11( ); f2( ) f11( ); f22( ); main( ) f1( ); f2( ); 程序开发中使用函数的优点 1）使用函数可以控制任务务的规规模 2）使用函数可以控制变变量的作用范围围 3）使用函数，程序的开发可以由多人分工协作 4）使用函数，可以重新利用已有的、调式好的、 成熟的程序模块 5）函数模块相对独立，功能单一，可混合编写也 可独立编写调试。 函数的一些说明 1）一个C程序由多个程序模块组成，每个模块作 为一个源程序文件，多个源程序文件组成一个C程序， 这样便于分别编写分别编译，提高调试效率，一个源程 序文件可为多个C程序共用。 2）一个源程序文件由一个或多个函数及其相关内 容（如数据定义等）组成，一个源程序文件是一个基本 的编译单位。 3）C程序的执行从主函数main（）开始（称为主 调函数），可以调用其它函数（称为被调用函数），调 用流程返回main（），最后函数在main（）中结束。 4）所有函数都是平行的，在定义时候是分别进行 的，相互独立，无从属关系，不可嵌套定义。函数间可 相互调用，但不能调用主函数，主函数只能由系统调用 。 函数的分类 1.从用户使用的角度 1）标准函数（库函数），由系统提供， 用户不必自定义可直接使用，注意：不同C编 译系统提供的库函数可能有些不同 2）用户自定义函数，用来解决用户专门 需要。 2.从函数的形式 1）无参函数。在调用函数时，main不向 被调用函数传递数据，只用来执行一组操作。 2） 有参函数，主调函数在调用被调用函 数时，通过参数向其传递数据，一般情况下， 执行被调用函数时，得到一个函数值，供主调 函数使用。 8.2 8.2 函数定义的一般形式函数定义的一般形式 函数应当先定义，后调用 （1）无参函数的一般形式 函数类型 函数名() 说明语句部分； 可执行语句部分； 无参函数一般不需要返回函数值，函数类型 void类型（空类型） 2）有参函数的一般形式 函数类型 函数名( 形参表列 ) 说明语句部分； 可执行语句部分； 例： int max(x,y) int x, y;/ 形式参数说明 / int z;/ 函数体中的说明部分 / z=xy ? x : y; return(z); 这两行可以写成一行： int max(int x, int y) 3“ 空函数 ” 类型说明符 函数名( ) “空函数”什么操作也不做。其作用是在此处 留一函数的位置，以便将来扩充功能之用。函 数名也在将来换取实际的函数名。 函数定义的一些说明 1.函数头（首部）：说明了函数类型、函数 名称及参数。 （1）函数类型：函数返回值的数据类型， 可以是基本数据类型也可以是构造类型。如果 省略默认为int，如果不返回值，定义为void类 型。 （2）函数名：给函数取的名字，以后用这 个名字调用。函数名由用户命名，命名规则同 标识符。 (3) 函数名后面是参数表，无参函数没有 参数传递，但“（）”号不能省略，这是格式 的规定。参数表说明参数的类型和形式参数的 名称，各个形式参数用“，”分隔。 2.函数体：函数首部下用一对括起来 的部分。如果函数体内有多个，最外层 是函数体的范围。 函数体一般包括声明部分、执行部 分两部分。 1）声明部分：在这部分定义本函数所 使用的变量和进行有关声明（如函数声明 ）。 2）执行部分：程序段，由若干条语句 组成（可以在其中调用其它函数）。 例：输入三个整数，求三个整数中的最大值 不使用函数(除main外) main() int n1,n2,n3,nmax; scanf(“%d%d%d”, if(n1n2) nmax=n1; else nmax=n2; if(n3max) max=n3; printf(“max=%dn”，nmax); 使用函数 int max(int,int,int); /*函数声明*/ main() int n1,n2,n3,nmax; scanf(“%d%d%d”, nmax=max(n1,n2,n3); printf(“max=%dn “,nmax); int max(int x,int y,int z) int m; if(xy) m=x; else m=y; if(zm)m=z; return m; 像调用库函数 一样调用 函数定义 8.3 函数参数和函数的值 8.3.1 形式参数与实际参数 在调用函数时，大多情况下，主调 与被调函数间有数据传递关系，这就是有参函 数。在定义函数时，函数名后面括号中的变量 名称为“形式参数”，在主调函数中调用一个函 数时，函数名后面括号中的参数（可以是表达 式）称为“实际参数”。 发生函数调用时，调用函数把实参的 值复制一份，传送给被调用函数的形参，从而 实现调用函数向被调用函数的数据传送。 例 从键盘输入两个数，输出其中较大的一个。 main( ) int a, b, c ; scanf(“%d,%d”, c=max(a,b); / a, b为实际参数 / printf(“Max is %d”,c); max(x,y) / x, y为形式参数 / int x, y; int z; z=xy ? x : y; return(z); 说明： 1）形参变量在被调用前不占用存储单元；在被调 用结束 后，形参所占存储单元亦被释放。因此，形参 只有在该函数内有效。调用结束，返回调用函数后，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。因此，应 预先用赋值、输入等办法，使实参获得确定的值。 3）实参对形参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。 4）实参和形参占用不同的内存单元，即使同名也 互不影响 5）在被定义函数中，必须指定形参的类型。实参 和形参的类型应相同或赋值相容。 main( ) int a=3, b=5; void swap( int , int ); swap (a, b); printf(“a=%d, b=%dn”, a, b); void swap (int x, int y) int temp; temp=x； x=y ； y=temp; printf(“x=%d , y=%d n”, x, y); 是按值传递的 按址传递放在指针 里面讲。 传递值 3 5 a b 3 5 x y 3 temp Main()函数 ： 调用 Swap函数 8.3.2 函数的返回值 通常，希望通过函数调用使主调函数 得到一个确定的值，这就是函数的返回值。说 明如下： 1）函数的返回值是通过return语句获得 的。当不需返回函数值时，可省去return语句 。 2）return语句的后面可以有括号，也可 以没有。 如：return z ; return(z); 3）return语句的后面可以是变量，也可 以是表达式。 如：return(x y ? x : y); 4）return语句返回值的类型应与该函数 的类型一 致。否 则以函数类型为准。 5）若函数中没有return语句，则该函数 被调用后也会带 回不确定的值。为了明确表示 不需要函数返回值，可 以用“void”定义函数为 “无类型”。凡不需要返回值的函数，一般均定 义为“void”类型。 6）一个函数可以有一个以上的return语 句，执行到哪个return语句，哪个return语句 起作用。 8.4 函数的调用 在程序中，是通过对函数的调用来执行函数体的 ，其过程与其它语言的子程序调用相似。 语言中，函数调用的一般形式为： 函数名(实际参数表) 说明： 1）对于无参函数，尽管没有“实参表”，但也不得 省略括号。 2）“实参表”中的参数之间用逗号分开。 3）实参与形参之间的个数及类型必须一一对应。 4）对实参求值的顺序是自左至右还是自右至左, 视 具体的系统而定。Turbo C 和 MS C 是按自右至左的 顺序求值。见P162 例8.4 8.4.2 函数调用的方式 按照函数在程序中出现的位置，可以有以下三种调 用方式： 1）函数语句：C语言中的函数可以只进行某些操作 而不返回函数值，这时的函数调用可作为一条独立的语 句。如 printf（ “C pragram”） gets（s）； 2）函数表达式：函数作为表达式的一项，出现在 表达式中，以函数返回值参与表达式的运算。这种方式 要求函数是有返回值的。如： c = 2 max(a, b); 3）函数参数：函数作为另一个函数调用的实际参 数出现。这种情况是把该函数的返回值作为实参进行传 送，因此要求该函数必须是有返回值的。如： m = max(max(a, b), c); 8.4.3 对被调用函数的声明和函数原型 对被调用函数的声明 在一个函数被另一个函数调用时，须具备以 下条 件： 1）被调用的函数已存在 2）如果被调函数为库函数，则应在文件开 头 用“#include”命令声明相应的 “头文 件”。 如： #include “stdio.h” #include “math.h” 3）如果被调函数为自定义函数且其定义在 主调函数定义之后，则应在主调函数中说明其 类型（即对被调用函数进行声明）。 函数声明的作用是把函数名、函数参 数的个数 和参数类型等信息通知编译系统，以便在调 用时， 编译系统能正确识别函数并检查调用是否合 法。函 数声明又称函数原型。格式如下： 函数类型 函数名（参数类型1，参数类型2 ，参数类型n）; 函数类型 函数名（参数类型1，参数名1， 参数类型2，参数名2 ，参数类型n，参数 名n）; 如果不声明，系统无法在调用时对函数 调用的正确性进行检查，容易出错。 注意：函数的定义和声明不是一回事。定义是对函 数功能的确立，包括指定函数名、函数值类型、形参及 其类型、函数体等，它是一个完整的、独立的的函数单 位。而函数的声明则是把函数的名字、函数类型以及形 参的类型、个数和顺序等通知编译系统以便在调用时进 行对照检查。 如：main( ) double new_style ( int, double ); /*函数 声明*/ Double new_style (int a, double x) /*函 数定义*/ 说明： 1）类型标识符 被调函数名( );这种 声明形式也是合法的，但不提倡。 2）如果被调函数为自定义函数且其 定义在主调函数定义之前，则在主调函数 中可不必说明其类型。因为编译程序已知 道其类型。 3）如果被调函数的值是整型或字符 型，可不必声明类型，系统自动按整型说 明。 4）如果在所有被调函数定义之前、在 文件的开头、在函数的外部已对被调函数 作了类型说明，则在各主调函数中可不必 说明其类型。见P166例。 char letter( ); float f( ); int i( ); main( ) 一开始就将所有要被 调用的函数作出声明 / 主调函数中不必说明它所调用的函数的类型 / 8.5 函数的嵌套调用 函数不允许嵌套定义，但是允许嵌套调用。函数的 嵌套调用是指，在执行被调用函数时，被调用函数又调 用了其它函数。这与其它语言的子程序嵌套调用的情形 是类似的，其关系可表示如下图： 例： 用弦截法求方程的根。 x35x2+16x80=0 (1) 取两个不同点x1、x2,如果f(x1)和f(x2)符号相反 ，则(x1,x2)区间内必有一个根。如果f (x1)与f (x2) 同符号，则应改变x1、x2，直到f (x1)、f (x2)异号 为止。注意x1、x2的值不应差太大，以保证(x1, x2)区间只有一根。 方法如下： (2) 连接f(x1)和f(x2)两点，此线(即弦)交x轴于x. x点坐标可用下式求出： 再从x求出f(x)。 x y x f(x1) f(x) x1 x2 f(x2) 3) 若f(x)与f(x1)同符号，则根必在(x,x2)区间内， 此时将x作为新的x1。如果f(x)与f(x2)同符号， 则表示根在(x1,x2)区间内，将x作为新的x2. 4) 重复步骤(2)和(3)，直到|f(x)|0) /*f(x)与f(x1)同符号。*/ y1=y; x1=x; else x2=x; while (fabs(y)=0.0001); return (x); main( ) /*主函数*/ float x1, x2, f1, f2, x; do printf(“input x1, x2: n“); scanf(%f, %f, f1=f(x1); f2=f(x2); while (f1*f2=0); x=root (x1, x2); printf(“A root of equation is %8.4f“, x); 运行情况如下： input x1, x2: 2, 6 A root of equation is 5.000 8.6 函数的递归调用 在调用一个函数的过程中又出现直接 或间接地调用该函数本身，称为函数的递 归调用。C语言的特点之一就在于允许函 数的递归调用。 直接调用 int f(x) int x; int y, z; z=f (y); 间接调用 int f1 (x) int x; int y, z; z=f2 (y); int f2 (t) int t; int a, b; a=f1 (y); 显然: 上述例子会无限递归 (无限执行)。所以, 在递 归调用时都有条件限制。 即: 条件成立,调用递归,否则结束。 例8.7 有5人排成一队，从最后一人开始，其年龄均比 前面的人大2岁，而最前面的人年龄是10岁, 问 最后一人的年龄是多少岁？ main( ) age(5)age(4)+2 age(n) n=5 age(3)+2 age(n) n=4 age(2)+2 age(n) n=3 age(1)+2 age(n) n=2 age(1) age(n) n=1 age(1)=10 age(2)=12age(3)=14age(4)=16age(5)=18输出age(5) age(n) int n; int c; if (n=1) c = 10; else c = age(n1) + 2; return(c); main( ) printf(“%dn”,age(5); 运行结果: 18 例8.8 用递归方法求n! 1. 从数学上定义 n!= 1 (n=0, 1) n(n1)! (n1) 2. 程序 float fac(n) int n; float f; if (n%cn “, getone, putone); void hanoi (n, one, two, three) /*将n个盘从one 借助two，移动three*/ char one, two, three; int n; if (n= =1) move (one, three); else hanoi (n1, one, three, two); move (one, three); hanoi (n1, two, one, three); main ( ) int m; printf (“ input the number of disdes “ :); scanf(“ %d “, printf(“ The step to moving %3d disdes:n “, m); hanoi (m, A, B, C); 运行情况如下： input the number of disdes:3 The step to moving 3 diskes: A C A B C B A C B A B C A C 两个函数: move (getone, putone) 表示从getone 塔移一个盘子至putone塔 hanoi(n, one, two, three) 表示n个盘子从one塔借助于two塔(空)移至three塔 。 调用时塔用字符常量A , B , C 表示。 8.7 数组作为函数参数 分为两种情况: 1. 数组元素作为实参 2. 数组名同时为形、实参 一、数组元素作为实参 由于数组元素与相同类型的简单变量地位完 全一样；因此，数组元素作函数参数也和简单变 量一样， 也是值的单向传递 例:设有两个同样大小的一维数组,a10,b10将相应 元素比较,统计a中大于b中对应元素的个数,小于 的个数,相等时的个数。 程序如下： main ( ) int lange(int x,int y) int a10, b10, i, n=0, m=0, k=0; printf(“enter array a:n“); for (i=0; ibi %d timesnai=bi %d timesnaik) printf(“array a is larger than array bn“); else if (ny) flag=1; else if (xy) flag= 1; else flag=0; return (flag); 运行情况如下： enter array a: 1 3 5 7 9 8 6 4 2 0 enter array b: 5 3 8 9 1 3 5 6 0 4 aibi 4 times ai=bi 1 times aibi 5 times array a is smaller than array b 二、数组名作实、形参 特点: 直接用数组名作参数时，则为地址传送(不是 值传送)，即实参数组的首地址传递给形参数 组首地址。所以,实参、形参数组共享相同的 内存单元。 1. 形参数组可不指定大小,也可用另一参数作大小 ,以确定使用实数组的元素个数。 2. 形参、实参数组必须类型一致。 3. 多维数组方式一样，仅第一维大小的说明可省略 例1. 有一个一维数组score,内放10个学生成绩， 求平均成绩。 程序如下： float average (array) float array10; int i; float aver, sum=array 0; for (i=1; i10; i+) sum=sum+arrayi; aver=sum/10; return( aver); main ( ) float score 10, aver; int i; printf(“input 10 score:n“); for (i=0;i10; i+) scanf (“%f“, printf(“n“); aver=average(score); printf(“ average score is %5.2f “, aver); 运行情况如下： input 10 scores: 100 56 78 98.5 76 87 99 67.5 75 97 average score is 83.40 程序2. float average (array, n) int n; float array ; int i; float aver, sum=array0; for (i=1; in; i+) sum=sum+arrayi; aver=sun/n; return (aver); main( ) static float score_15=98.5,97,91.5,60,55 static float score _2 10=67.5, 89.5, 99, 69.5, 77, 89.5, 76.5, 54,60,99.5 printf (“the average of class A is %6.2fn”, average (score_1, 5); printf (“the average of class B is %6.2fn”, average (score_2, 10); 运行结果如下： the average of class A is 80.40 the average of class B is 78.20 8.8 8.8 局部变量和全局变量局部变量和全局变量 8.8.1 局部变量 概念：是指在一定范围内有效的变 量。C语言中，在以下各位置定义的变 量均属于局部变量。 在函数体内定义的变量，在本函数 范围内有效，作用域局限于函数体内。 在复合语句内定义的变量，在本复 合语句范围内有效，作用域局限于复合 语句内。 有参函数的形式参数也是局部变量 ，只在其所在的函数范围内有效。 关于局部变量的作用域还要说明以下 几点： 1主函数main()中定义的内部变量， 也只能在主函数中使用，其它函数不能使 用。同时，主函数中也不能使用其它函数 中定义的内部变量。因为主函数也是一个 函数，与其它函数是平行关系。这一点是 与其它语言不同的，应予以注意。 2允许在不同的函数中使用相同的变 量名，它们代表不同的对象，分配不同的 单元，互不干扰，也不会发生混淆。 例如： int f1(int a) /*函数f1*/ int b,c； /*a,b,c作用域：仅限于函数f1()中*/ int f2(int x) /*函数f2*/ int y,z； /*x,y,z作用域：仅限于函数f2()中.x,y,z换为a,b,c也 可以*/ main() int m,n； /*m,n作用域：仅限于函数main()中*/ 8.8.2 全局变量 全局变量：在函数之外定义的变量 。（所有函数前，各个函数之间，所有 函数后） 全局变量作用域：从定义全局变量 的位置起到本源程序结束为止。 全局变量可被作用域内的所有函数 直接引用。 在函数fun()中，虽然没有 定义变量a，b，但由于它 们定义在程序的最前面， 是全程变量，凡是在定义 该变量的后面定义的函数 均可以引用它们。 #include “stdio.h” int a=3, b=5; /*在函数体外定义的变量*/ Main( ) void fun( ); printf(“ a= %d , b=%d n ” , a, b); fun ( ); printf(“ a= %d , b=%d n ” , a, b); void fun (void) int c ; c=a; a=b; b=c; 说明： 1. 全局变量增加了函数间数据联系的渠道。由于同一文件中的所 有函数都能引用全局变量的值，当需要从一个函数中带回多个 值时，就能克服函数调用只能返回一个值的局限性。不成文约 定：全局变量名首字母大写。见P185例8.15 2. 如无必要，不要使用全局变量。因为全局变量既降低程序的清 晰性和函数的通用性, 且又在程序的全部执行过程中都占用存 储空间。 3. 在文件开头定义的外部变量才可在整个文件范围内使用，若在 定义点之前的函数需引用外部变量，则可用关键字“extern”作 “外部变量说明”。 注意： 外部变量定义和外部变量说明并不是同一回事。外部变量 的定义只能有一次, 它的位置在所有函数之外。而同一程序中的外 部变量说明可以有多次，它的位置在函数之内 (哪个函数要用就在 哪个函数中说明)。系统根据外部变量的定义(而不是根据外部变量 的说明)分配存储单元。对外部变量的初始化只能在“定义”时进行, “extern”只是申明该变量是一个已在外部定义过的变量而已。 4. 如果在同一源文件中，外部变量与局部变量同名，则在局部变 量的作用范围内，外部变量不起作用。“屏蔽作用”。见P187例 8.16 外部变量的定义与说明。 int vs(int xl,int xw) extern int xh； /*外部变量xh的说明*/ int v； v=xl*xw*xh； /*直接使用外部变量xh的值 */ return v； main() extern int xw,xh； /*外部变量的说明*/ int xl=5； /*内部变量的定义*/ printf(“xl=%d,xw=%d,xh=%dnv=%d“,xl,xw,xh,v s(xl,xw)； int xl=3,xw=4,xh=5； /*外部变量xl、xw、xh的定 义*/ 程序区 静态存储区 动态存储区 数据,变量存放 内存分配 8.9 8.9 变量的存储类别（变量的存储类别（生存期、生命期生存期、生命期 ） 变量的存储方式 变量从空间上分为局部变量、全局变量 。 从变量存在的时间的长短（即变量生存 期）来划分，变量还可以分为：动态存储变 量、静态存储变量。变量的存储方式决定了 变量的生存期。 如果全局变量 用static修饰 ，并不是说是 静态的，而是 说，只对本模 块有效。 自动动（局部变变量）(auto) 动态动态 存储储方式 寄存器（局部变变量）(register) 存储储方式 静态态（局部变变量）（static） 静态态存储储方式 静态态全局变变量(全局变变量全部是静态态 的，不必用static修饰饰) 静态存储变量: 存放于静态存储区,在程序整个运行 过程中,始终占据固定的内存单元。 动态存储变量: 存放于动态存储区,根据程序的运 行状态(如：函数调用)而临时分配 的单元，且单元并不固定。 每个变量或函数都有两个属性：每个变量或函数都有两个属性：数据类型和数据存储类别数据类型和数据存储类别 8.9.2 auto变量 auto型存储方式是C语言默认的局部变量的存储方式，也 是局部变量最常使用的存储方式。 自动变量属于局部变量的范畴，作用域限于定义它的函数 或复合语句内。 自动变量所在的函数或复合语句执行时，系统动态为相应 的自动变量分配存储单元，当自动变量所在的函数或复合语句 执行结束后，自动变量失效，它所在的存储单元被系统释放， 所以原来的自动变量的值不能保留下来。若对同一函数再次调 用时，系统会对相应的自动变量重新分配存储单元。 定义格式 ：auto 类型说明 变量名； auto为自动存储类别关键词，可以省略，缺省时系 统默认auto. 8.9.3 用static声明局部变量 静态局部变量的定义格式 ： static 类型说明 变量名=初始化值； static是静态存储方式关键词，不能省略 。 静态局部变量的存储空间是在程序编译时 由系统分配的，且在程序运行的整个期间都 固定不变。该类变量在其函数调用结束后仍 然可以保留变量值。下次调用该函数，静态 局部变量中仍保留上次调用结束时的值。 静态局部变量的初值是在程序编译时一次 性赋予的，在程序运行期间不再赋初值，以 后若改变了值，保留最后一次改变后的值， 直到程序运行结束。 例：求n! int fac (n) int n; static int f=1; f=fn; return(f); main ( ) int i; for (i=1; i=5; i+) printf (“%d!=%dn“, i, fac(i); 运行结果为： 1！1 2！2 3！6 4！24 5！120 每一次调用fac(i),打印一个i!，同时保留 这个i!的值以便下次再乘(i+1)。 8.9.4 register 变量 register 变量一般分配register 给 相应变量。寄存器比内存操作要快很多 ，所以可以将一些需要反复操作的局部 变量存放在寄存器中。 定义格式 ：register 类型说明 变 量名 8.9.5 用extern声明全局变量 全局变量作用域：从定义全局变量 的位置起到本源程序结束为止。 在引用全局变量时如果使用 “extern”声明全局变量，可以扩大全局 变量的作用域。 在文件内声明，全局变量从声明处 开始作用。 在别的文件声明，作用域扩展到别 的文件。 8.9.6 用static 声明全局变量 1.全局变量全部是静态存储的 因为全局变量全部是静态存储，所以没有必要 为说明全局变量是静态存储而使用关键词static。 2.全局变量的static定义 全局变量的static定义，不是说明“此全局变量 要用静态方式存储”（全局变量天生全部是静态存储 ），而是说，这个全局变量只在本源程序模块有效 （文件作用域）。 一个C语言程序可能是由多个源文件构成、在某 个源文件中定义的全局变量可以使用“extern”声明 ，扩大到其它源文件 。也可以使用static声明只在本 源程序模块使用。 变量的声明和定义 广义上讲，声明包括“定义性声明”（建 立存储空间，即指名数据类型），简称定 义。还包括“引用型声明”如extern a，不 建立存储空间。狭义上的声明为后者 8.10 8.10 内部函数和外部函数内部函数和外部函数 函数本身