4- 利用函数实现模块化程序设计

教学内容： 第1章：C语言语法基础第2章：C程序设计基础第3章：利用数组处理同类型的批量数据第4章：利用函数实现模块化程序设计第5章：灵活使用指针第6章：结构体、共用体、枚举类型及其应用第7章：常用的三种线性数据结构第8章：利用文件进行数据管理第9章：嵌入式技术基础实践方法C语言程序设计【学习内容】4.1函数概述

4.2定义函数的方法

4.3函数的调用

4.4数组作为函数参数

4.5变量的类型

4.6内部函数和外部函数4.7嵌入式中断服务函数第4章利用函数实现模块化程序设计【学习目标】1.掌握定义函数的方法；

2.理解函数参数传递及函数返回值的概念；

3.掌握函数的3种调用方法；

4.掌握普通变量和数组作为函数参数的方法；

5.理解并区别变量的类型；

6.掌握内部函数和外部函数的概念；

7.熟悉中断和嵌入式中断服务函数的概念。4.1函数概述

一个复杂的C程序由若干个程序模块组成，每个程序模块作为一个源程序文件（.c文件、.h文件等），而每个源程序文件由预处理命令、数据声明以及若干函数组成。

一个C程序必须有且只能有一个主函数，C程序总是从主函数开始执行（不论位置如何），最后在主函数中结束整个程序的运行。需要注意：在主函数中可以调用其他函数，而不允许被其他函数调用。

在实际应用的C程序中，可将主函数设计得简单些，主要负责调用各个功能函数，依次实现各项功能——模块化程序设计。4.1函数概述

从不同的角度对函数进行分类。1．从定义函数的角度

（1）库函数：由编译系统提供，只要在源文件中包含其对应的头文件，即可在程序中直接调用【见附录D】。例如，“stdio.h”头文件中的printf、scanf等函数，“math.h”头文件中的sin、cos等函数。

（2）用户自定义函数：用户根据需要，将实现某个功能的代码编写成相对独立的函数。2．从有无返回值的角度

（1）有返回值函数：向调用者返回一个值。定义函数时须指明函数的类型（函数返回值的类型）。

（2）无返回值函数：不向调用者返回函数值。定义函数时应指定函数的类型为void。3．从数据传递的角度

（1）无参函数：调用时，主调函数和被调函数之间不进行参数传送。此类函数可以返回或不返回函数值。

（2）有参函数：调用时，主调函数将实参的值传递给形参（虚参）。4.2定义函数的方法4.2.1定义无参函数定义形式：类型标识符函数名(void){

声明部分 执行部分}函数首部函数体函数的类型（函数返回值的类型）表示函数没有参数，也可省略不写例如：intfun(void){ inti,j;

intsum=0; i=2;j=3; sum=i+j; retrun(sum);}

声明执行说明：（1）书写函数体时，一般先写声明部分，后写执行部分。若将前3行写成：inti,j;//声明语句i=2;j=3;//执行语句intsum=0;//声明语句系统编译不通过!（2）若函数无需返回值，则函数类型应定义为void类型。例如：

voidHello(){ printf("Helloworld\n");}函数返回值（变量sum）的类型4.2定义函数的方法4.2.2定义有参函数定义形式：

类型标识符函数名(形参列表){

声明部分 执行部分}

形参可以是各种类型的变量。若有多个形参，则各形参之间要用逗号分隔。在函数调用时，主调函数将实参的值传递给形参。注意：必须在形参列表中给出形参的类型标识符。例如：

intmax(intx,inty)

{

intz;

if(x>y)z=x;

return(z);

}

有返回值的函数中至少应有一个return语句。形参：整型变量x、y，其具体值由主调函数调用时传递过来将z的值作为函数值返回给主调函数函数返回值（变量z）的类型4.3函数的调用4.3.1函数的一般调用

函数的一般调用流程：

函数被定义之后，即可被其他函数调用。本节将介绍函数的一般调用、嵌套调用和递归调用3种调用方式。1、函数的一般调用形式

（2）有参函数的调用形式：函数名(实参列表)

（1）无参函数的调用形式：函数名()

例如，4.2.1节中的Hello函数调用语句可写为：Hello();

调用有参函数时，主调函数将“实参”的值传递给被调函数的“形参”，从而实现信息传递。如果有多个实参，则各参数之间要用逗号隔开。实参与形参的个数应相等，类型应匹配，按顺序对应，一一传递信息。4.3函数的调用4.3.1函数的一般调用1、函数的一般调用形式

【例4.1】有参函数的一般调用：求两个数的最大值。c=max(a,b);

（main函数）intmax(int

x,int

y)（max函数）{

intz; if(x>y)z=x; elsez=y;

return(z);

}#include<stdio.h>intmax(intx,inty);

//对max函数进行声明intmain(void){ inta,b,c;printf("请输入2个整数:");scanf("%d%d",&a,&b);c=max(a,b);//调用max函数printf("a=%d,b=%d,max=%d\n",a,b,c);}intmax(intx,inty)

//定义有参函数{

intz;if(x>y)z=x;elsez=y;

return(z);//向主调函数返回z的值

}4.3函数的调用2、关于函数调用时“参数传递”

的几点说明4.3.1函数的一般调用

（1）形参变量只有在发生函数调用时才被临时分配内存单元。在调用结束后，形参所占用的内存单元也被释放。实参与形参占用不同的存储空间。

（2）只能由实参传递给形参，而不能由形参传递给实参，即“单向信息传递”。在执行一个被调函数时，形参的值如果发生改变，并不会改变主调函数的实参值。

（3）当形参为普通变量（基本类型的变量）时，实参可以是常量、变量或表达式，但必须有确定的值。形参：x函数调用时被调函数执行时实参：a1b3y1324【例4.2】函数参数传递。#include<stdio.h>voidfun(intx,inty);

//对fun函数进行声明intmain(void){ inta=1,b=3;

fun(a,

b);

//调用fun函数printf("a=%d,b=%d\n",a,b);}voidfun(intx,inty)

//定义有参函数{ x=x+1;

y=y+1;printf("x=%d,y=%d\n",x,y);}4.3函数的调用3、函数的值（3）没有返回值的函数，函数的类型应当明确定义为void类型。（1）函数的值只能通过return语句获得。

return语句的一般形式：return表达式;

或return(表达式);

（2）函数返回值的类型和定义函数时指定的函数类型应保持一致。定义函数时若不指定函数类型，C编译系统则默认为整型。

说明：在函数中可有多个return语句，但每次调用只能有一个return语句被执行，因此只能返回一个函数值。return语句也可以不含表达式，此时必须将函数定义为void类型，其作用只是使流程返回到主调函数。4.3.1函数的一般调用练习：【例4.3】输入一个非负整数，输出它的倒序数。4.3函数的调用4、对被调函数的声明

在例4.1和例4.2的主调函数（主函数）的前面，都对被调函数进行了声明。若不进行声明，编译系统对程序从上到下进行编译的过程中，遇到被调函数名时，就会认为是一个“陌生人”而报告错误。解决办法有两个。

（1）在主调函数的函数体的开始，或者在源文件中所有函数的前面，对被调函数进行声明。提前向编译系统“打招呼”，让编译系统“提前认识”被调函数。

（2）若在主调函数前面定义被调函数，则无须额外对被调函数进行声明。或：

类型标识符函数名(形参类型1，形参类型2,…);

函数声明（也称为函数原型）的一般形式：

类型标识符函数名(形参类型1形参名1，形参类型2形参名2,

…);

在函数首部的基础上加一分号4.3.1函数的一般调用4.3函数的调用4、对被调函数的声明

4.3.1函数的一般调用提倡使用说明：调用库函数时，无需对其进行声明，但要把该函数对应的头文件用#include命令包含在源文件中。4.3函数的调用4.3.2函数的嵌套调用

在C语言中，所有函数（包括主函数）都是相互平行、相互独立的。在一个函数内不能再定义另一个函数（函数不能嵌套定义）。但允许在调用一个函数的过程中，又调用另一个函数，即函数的嵌套调用。【例4.4】函数的嵌套调用：输入4个整数，输出其中的最大值。

#include<stdio.h>intmax_4(intb0,intb1,intb2,intb3);

//函数声明intmax(intx,inty);

//函数声明intmain(void){inta0,a1,a2,a3;

printf("请输入4个整数：");scanf("%d%d%d%d",&a0,&a1,&a2,&a3);

printf("最大值=%d\n",max_4(a0,a1,a2,a3));}intmax_4(intb0,intb1,intb2,intb3){

intm;

m=max(b0,b1);

m=max(m,b2);

m=max(m,b3);

return(m);}intmax(intx,inty){

return(x>y?x:y);}思考与练习：

输出其中的最小值。4.3函数的调用4.3.3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。直接递归调用间接递归调用4.3函数的调用4.3.3函数的递归调用【例4.5】有5个人坐在一起，问第5个人多少岁，他说比第4个人大2岁。问第4个人岁数，他说比第3个人大2岁。问第3个人，又说比第2个人大2岁。问第2个人，说比第1个人大2岁。最后问第1个人，他说他10岁。请问第5个人多大？显然，这是一个递归问题，分回推和递推两个过程：上述过程，可用数学公式表述：

程序中需要具有一个结束递归过程的条件。age(1)=10，就是使递归结束的条件。#include<stdio.h>intage(intn)

//求年龄的递归函数，函数参数：变量n{

intc;if(n==1)c=10;elsec=age(n-1)+2;//函数递归调用return(c);}intmain(void){ printf("第5个人的年龄：%d\n",

age(5));//调用age函数

}4.3函数的调用4.3.3函数的递归调用练习：求1!+2!+3!+…+n!的值（其中n的值由键盘输入）。【例4.6】用递归方法计算n的阶乘n!公式表示：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>longlong

jc(intn)//求阶乘的递归函数{

longlongx;if(n<0){ printf("n<0,输入错误!\n");

exit(0);

//终止程序运行}else{ if(n==0||n==1)x=1;else

x=jc(n-1)*n;//函数递归调用return(x); }}intmain(void){intn;

longlongy;printf("请输入一个正整数:");scanf("%d",&n);y=jc(n);printf("%d!=%I64d\n",

n,

y);}用于输出长长整型数据4.4数组作为函数参数

4.4.1数组元素作为函数实参

在函数调用时，将实参（数组元素，相当于普通变量）的值传递给形参（变量），实现“单向的值传递”。

数组用作函数参数有两种形式：数组元素作为函数的实参；数组名作为函数的实参和形参。【例4.7】数组元素作为函数实参：根据学生课程成绩，判断考试结果。#include<stdio.h>voidtest(intx);

//函数声明intmain(void){inta[5]={62,57,70,48,85},i;//将课程成绩存入数组a中for(i=0;i<5;i++){printf("a[%d]=%d：",i,a[i]);test(a[i]);

//调用成绩测试函数，数组元素a[i]作为实参

}}voidtest(intx)

//成绩测试函数，函数参数：变量x{if(x>=60)printf("Pass!\n");

//通过else

printf("Fail!\n");

//不及格

}4.4数组作为函数参数

4.4.2数组名作为函数参数

数组名作为函数参数时，实参向形参传递的信息是数组的首地址，即“单向的地址传递”。

数组名作为函数的实参和形参时，应在主调函数和被调函数中分别定义实参数组和形参数组，并且类型要一致，其中形参数组在定义时可以不指定大小。【例4.8】数组名作为函数的实参和形参。

函数调用时，是将实参数组a的首地址传递给形参数组名b，使形参数组名获得了实参数组的首地址，因此形参数组与实参数组为同一数组。

显然，a[i]与b[i]共占同一存储单元，因此当形参数组各元素的值发生变化时，实参数组元素的值也随之变化。#include<stdio.h>voidchange(intb[],intn);

//函数声明intmain(void){ inta[5]={1,3,5,7,9},i;printf("函数调用前：");for(i=0;i<5;i++)printf("a[%d]=%d",i,a[i]);printf("\n");

change(a,

5);//调用change函数，实参：数组名a、数值5printf("函数调用后：");for(i=0;i<5;i++)printf("a[%d]=%d",i,a[i]);printf("\n");}voidchange(intb[],intn)//形参：数组名b、变量n{ inti;for(i=0;i<n;i++)

b[i]++;}

可见，在函数调用之后，实参数组a元素的值发生了变化。其奥秘何在？4.4数组作为函数参数

4.4.2数组名作为函数参数

数组名作函数参数，在函数执行过程中，当形参数组各元素的值发生变化时，实参数组元素的值也随之变化。在程序设计中，可以利用这一特点改变实参数组元素的值。【例4.10】数组名作为函数的参数，编写冒泡法排序程序（由小到大）。voidMPSort(intb[],intn)//冒泡排序函数，形参:数组名b、变量n{ inti,j,t,swap_flag;for(i=1;i<n;i++)

//n个数，共需比较n-1轮{swap_flag=0;

//交换标志：0-无交换，1-有交换for(j=0;j<n-i;j++)//第i轮需要比较n-i次{if(b[j]>b[j+1])

//依次比较两个相邻的数，将大数放后面{ t=b[j];b[j]=b[j+1];b[j+1]=t;swap_flag=1;//交换

}}if(swap_flag==0)break;//若本轮无交换，则结束比较}}#defineN5

//宏定义参与排序的数据个数voidMPSort(intb[],intn);

//函数声明intmain(void){ inta[N],i;

//数组a存放待排序的N个数

...//依次输入N个数据给数组a...//依次输出数组a的各元素值（排序前）

MPSort(a,N);//调用排序函数，实参:数组名a、数值N...//依次输出数组a的各元素值（排序后）}4.4数组作为函数参数

4.4.2数组名作为函数参数练习：以数组名作为函数参数：

（1）编写选择法排序函数。

（2）例4.9：输入若干个整数，输出其中的最大值和最小值。（3）例4.11：编写字符串长度测试函数和字符串连接函数。

（4）例4.12：输出3×4矩阵中值最大的那个元素值及其所在的行号和列号。（4）输入两个矩阵的数值，输出这两个矩阵的乘积。4.5变量的类型

4.5.1局部变量和全局变量

从变量值存在的时间（生存期）角度，变量有静态存储和动态存储两种存储方式。从变量的作用域（作用范围）角度，变量可分为局部变量和全局变量。1、局部变量

在函数或复合语句的内部定义的变量是内部变量，也称为“局部变量”，只在本函数或复合语句范围内有效。函数的形参是局部变量。

主函数中定义的变量也只能在主函数中使用，不能在其它函数中使用，并且主函数也不能使用其他函数中定义的变量。

允许在不同的函数中使用相同的局部变量名，它们代表不同的对象，分配不同的内存单元，互不干扰，也不会发生混淆。4.5变量的类型

2、全局变量

在函数外部定义的变量是外部变量，也称“全局变量”。全局变量的有效范围是从定义变量的位置开始到本源文件结束。4.5.1局部变量和全局变量4.5变量的类型

（1）打通函数之间数据联系的通道，使多个函数共享全局变量的值；并且通过函数调用可以得到一个以上的值。2、全局变量4.5.1局部变量和全局变量【例4.13】输入正方体的棱长，输出其表面积和体积的大小。#include<stdio.h>floatS,V;

//定义全局变量S和V，分别存放表面积和体积voidsv(floatx)//求正方体的表面积和体积函数{

S=6*x*x;

//计算表面积

V=x*x*x;

//计算体积

}intmain(void){ floata;

//定义变量a，存放正方体的棱长printf("请输入正方体的棱长：");scanf("%f",

&a);

sv(a);

//调用求表面积和体积函数printf("棱长=%6.2f,表面积=%6.2f,体积=%6.2f\n",

a,

S,

V);}4.5变量的类型

（2）在同一个源文件中，若全局变量与局部变量同名，则在局部变量的作用范围内，全局变量被“屏蔽”失效。2、全局变量4.5.1局部变量和全局变量【例4.14】外部变量与局部变量同名。

说明：尽管使用全局变量有时会带来一些便利，但建议不是非常必要的情况下，尽量不要使用全局变量。为了实现程序的模块化设计（函数化），提倡通过“实参-形参”的方式实现函数之间的信息传递，例如数组名作为函数参数。#include<stdio.h>inta=1,b=2;

//a、b为全局变量intadd(inta,intb)//a、b为局部变量{ intc;c=a+b;return(c);}intmain(void){

inta=3;

//a为局部变量printf("%d\n",

add(a,

b));}4.5变量的类型

（3）若定义全局变量时不赋初值，系统会自动赋初值数值0或空字符'\0'。2、全局变量4.5.1局部变量和全局变量【例4.15】考察全局变量和局部变量的系统默认初值。若定义局部变量时不赋初值，则系统会为其赋一个随机值。#include<stdio.h>inta;

//定义全局变量charb;

//定义全局变量intmain(void){

inti;

//定义局部变量

charj;

//定义局部变量printf("a=%d,b=%c,i=%d,j=%c\n",a,

b,

i,

j);}4.5变量的类型

4.5.2变量的存储方式

从变量值存在的时间（生存期）角度，变量有静态存储和动态存储两种存储方式（存储类别）。变量有两个属性：存储类型和数据类型。定义变量的完整格式：

存储类别数据类型变量名;

动态存储：在程序运行期间根据需要（如调用函数时）临时分配存储空间。

静态存储：在程序运行期间分配固定的存储空间，即变量在程序整个运行时间内都存在。

全局变量使用静态存储，而局部变量使用静态存储或动态存储。

有4个存储类别标识符：自动的（auto）、静态的（static）、寄存器的（register）和外部的（extern）。

4.5变量的类型

1、局部变量的存储类别声明4.5.2变量的存储方式（1）用auto声明动态局部变量

程序中大多数局部变量以及函数的形参变量都是自动局部变量，关键字“auto”通常省略不写。例如autointa,b;通常简写成：inta,b;

在调用该函数时，系统临时为局部变量x、a、b分配存储空间，在函数调用结束时系统自动释放这些存储空间。此类局部变量称为自动局部变量，也称为动态局部变量。intf(intx)

//定义f函数，x为形参变量{

autointa,

b;//定义a、b为自动局部变量...}4.5变量的类型

4.5.2变量的存储方式（2）用static声明静态局部变量1、局部变量的存储类别声明

有时希望函数中的局部变量在函数调用结束后，其占用的存储单元不被释放，其值不消失而继续被保留。需要用static将该局部变量声明为静态存储类型。【例4.16】考察动态局部变量和静态局部变量的值。

变量a、b在三次函数调用时的初值和函数调用结束时的值的变化情况：第几次调用

函数调用时的初值函数调用结束时的值abab第1次22第2次23第3次24123111练习：

【例4.17】考察静态局部变量和静态局部数组的系统默认初值。#include<stdio.h>voidlv();

//函数声明intmain(void){inti;for(i=1;i<=3;i++){ printf("第%d次调用lv函数后：",i);

lv();

//调用lv函数

}}voidlv()

//局部变量函数{

autointa=1;//定义动态局部变量astaticintb=1;//定义静态局部变量b

a++; b++;printf("a=%db=%d\n",

a,

b);}4.5变量的类型

4.5.2变量的存储方式（2）用static声明静态局部变量1、局部变量的存储类别声明

说明：虽然静态局部变量在函数调用结束后其值仍被保留，但仅限本函数（或复合语句）使用，而其他函数不能引用它。4.5变量的类型

静态局部变量的常用场合：需要保留上次函数调用结束时的值【例4.18】利用静态局部变量实现：输出1到5的阶乘。

计算（n+1）!，要用n!

的结果。因此计算n!后，要保留其结果，供计算（n+1）!时使用。问题分析：

1！=1 2！=2×1！3！=3×2！4！=4×3！5！=5×4！（n+1）!=（n+1）×n!4.5.2变量的存储方式（2）用static声明静态局部变量1、局部变量的存储类别声明#include<stdio.h>intjc(intn);

//函数声明intmain(void){ inti;for(i=1;i<=5;i++)printf("%d!=%d\n",i,jc(i));}intjc(intn)//计算阶乘函数{

staticintf=1;

//定义静态局部变量f，存放阶乘结果f=f*n;return(f);}4.5变量的类型

静态局部变量的常用场合：需要保留上次函数调用结束时的值【例4.19】嵌入式应用：定时时间到（如每隔100ms），CPU执行一次fun函数。在fun函数中，利用静态局部变量进行定时计数，计数达到预定值时（如每隔500ms）将执行一次对应的功能程序。4.5.2变量的存储方式（2）用static声明静态局部变量1、局部变量的存储类别声明4.5变量的类型

（3）用register声明寄存器变量1、局部变量的存储类别声明4.5.2变量的存储方式【例4.20】使用寄存器变量，输出1+2+3+…+1000的值。

说明：

1）只有动态局部变量才可定义为寄存器变量，而全局变量和静态局部变量都不能定义为寄存器变量。2）寄存器变量只能用于整型变量和字符型变量。3）很多编译系统会自动将读写频繁的内存变量优化为CPU寄存器变量（不需要程序设计者指定），以提高程序执行效率。若不希望被优化为寄存器变量时，需在

定义内存变量时使用关键字“volatile”进行限定，如：volatileinti;

当一个内存变量被频繁读写时，需要反复访问内存，花费大量的存取时间。为此，可用register将变量声明为“寄存器变量”，直接从CPU的寄存器中对变量进行读写，以提高程序执行效率。#include<stdio.h>intmain(void){

registerlongi,s=0;//定义寄存器变量i、sumfor(i=1;i<=100