1. 函数的概念

数学中我们其实就见过函数的概念，比如：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。
其实在C语言也引入函数（function）的概念，有些翻译为：子程序，子程序这种翻译更加准确一些。
C语言中的函数就是一个完成某项特定的任务的一小代码。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两类函数：
• 库函数
•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ANSI C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ANSI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，⼀些常见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：https://zh.cppreference.com/w/c/header
有数学相关的，有字符串相关的，有日期相关的等，每⼀个头文件中都包含了，相关的函数和类型等信息，库函数的学习不用着急一次性全部学会，慢慢学习，各个击破就行。

2.2 库函数的使用方法

库函数的学习和查看工具很多，比如：
C/C++官方的链接：https://zh.cppreference.com/w/c/header
cplusplus.com：https://legacy.cplusplus.com/reference/clibrary/

举例：sqrt

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

2.2.1 功能

Compute square root 计算平方根
Returns the square root of x.（返回平方根）

2.2.2 头文件包含

库函数是在标准库中对应的头文件中声明的，所以库函数的使用，务必包含对应的头文件，不包含是可能会出现⼀些问题的。

2.2.3 实践

#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main()
{
 double d = 16.0;
 double r = sqrt(d);
 printf("%lf\n", r);
 return 0;
}

运行结果：

2.2.4 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

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。

3.1 函数的语法形式

其实自定义函数和库函数是一样的，形式如下：

ret_type fun_name(形式参数)
{
}

• ret_type 是函数返回类型
• fun_name 是函数名
• 括号中放的是形式参数
• {}括起来的是函数体
我们可以把函数想象成小型的一加工厂，工厂得输入原材料，经过工厂加工才能生产出产品，那函数也是一样的，函数一般会输入一些值（可以是0个，也可以是多个），经过函数内的计算，得出结果。
• 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。
• 函数的参数就相当于，工厂中送进去的原材料，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。

3.2 函数的举例

举个例子：
写一个加法函数，完成2个整型变量的加法操作。

 #include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 //to do
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}

我们根据要完成的功能，给函数取名：Add，函数Add需要接收2个整型类型的参数，函数计算的结果也是整型。
所以我们根据上述的分析写出函数：

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
 int z = 0;
 z = x+y;
 return z;
}
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 int r = Add(a, b);
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}

Add函数也可以简化为：

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

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。
上面只是一个例子，未来我们是根据实际需要来设计函数，函数名、参数、返回类型都是可以灵活变化的。

4. 形参和实参

在函数使用的过程中，把函数的参数分为，实参和形参。
再看看我们前面写的代码：

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
 int z = 0;
 z = x+y;
 return z;
}
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 int r = Add(a, b);
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}

4.1 实参

在上面代码中，第2~7行是 Add 函数的定义，有了函数后，再第17行调用Add函数的。
我们把第17行调用Add函数时，传递给函数的参数a和b，称为实际参数，简称实参。
实际参数就是真实传递给函数的参数。

4.2 形参

在上面代码中，第2行定义函数的时候，在函数名 Add 后的括号中写的 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，这个过程就是形参的实例化。

4.3 实参和形参的关系

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

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
 int z = 0;
 z = x + y;
 return z;
}
int main()
{
 int a = 0;
 int b = 0;
 //输⼊
 scanf("%d %d", &a, &b);
 //调⽤加法函数，完成a和b的相加
 //求和的结果放在r中
 int r = Add(a, b);
 //输出
 printf("%d\n", r);
 return 0;
}

我们在调试的时候可以观察到，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。
比如：写⼀个函数对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。
简单思考⼀下，基本的形式应该是这样的：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 set_arr();//设置数组内容为-1
 print_arr();//打印数组内容
 return 0;
}

这里的set_arr函数要能够对数组内容进行设置，就得把数组作为参数传递给函数，同时函数内部在设
置数组每个元素的时候，也得遍历数组，需要知道数组的元素个数。所以我们需要给set_arr传递2个参
数，一个是数组，另外一个是数组的元素个数。仔细分析print_arr也是一样的，只有拿到了数组和元
素个数，才能遍历打印数组的每个元素。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
 set_arr(arr, sz);//设置数组内容为-1
 print_arr(arr, sz);//打印数组内容
 return 0;
}

数组作为参数传递给了set_arr 和 print_arr 函数了，那这两个函数应该如何设计呢？
这里我们需要知道数组传参的几个重点知识：
• 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

根据上述的信息，我们就可以实现这两个函数：

void set_arr(int arr[], int sz)
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<sz; i++)
 {
 arr[i] = -1;
 }
}
void print_arr(int arr[], int sz)
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<sz; i++)
 {
 printf("%d ", arr[i]);
 }
 printf("\n");
}

7. 嵌套调和链式访问

7.1 嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用，每个函数就行⼀个乐高零件，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。
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:
• is_leap_year()：根据年份确定是否是闰年
• get_days_of_month()：调⽤is_leap_year确定是否是闰年后，再根据月计算这个月的天数

int is_leap_year(int y)
{
 if(((y%4==0)&&(y%100!=0))||(y%400==0))
 return 1;
 else
 return 0;
}
int get_days_of_month(int y, int m)
{
 int days[] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
 int day = days[m];
 if (is_leap_year(y) && m == 2)
 day += 1;
 return day;
}
int main()
{
 int y = 0;
 int m = 0;
 scanf("%d %d", &y, &m);
 int d = get_days_of_month(y, m);
 printf("%d\n", d);
 return 0;
}

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qian套定义的。

7.2 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：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int len = strlen("abcdef");//1.strlen求⼀个字符串的⻓度
 printf("%d\n", len);//2.打印⻓度 
 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。

#include <stdio.h>
int main()
{
 printf("%d\n", strlen("abcdef"));//链式访问
 return 0;
 }

在看一个有趣的代码，下面代码执行的结果是什么呢？

#include <stdio.h>
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？

int printf ( const char * format, ... );

printf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

8. 函数的声明和定义

8.1 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。
比如：我们要写一个函数判断一年是否是闰年。

#include <stido.h>
//判断⼀年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
 if(((y%4==0)&&(y%100!=0)) || (y%400==0))
 return 1;
 else
 return 0;
}
int main()
{
 int y = 0;
 scanf("%d", &y);
 int r = is_leap_year(y);
 if(r == 1)
 printf("闰年\n");
 else
 printf("⾮闰年\n");
 return 0;
}

上面代码中橙色的部分是函数的定义，绿色的部分是函数的调用。
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：

#include <stido.h>
int main()
{
 int y = 0;
 scanf("%d", &y);
 int r = is_leap_year(y);
 if(r == 1)
 printf("闰年\n");
 else
 printf("⾮闰年\n");
 return 0;
}
//判断⼀年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
 if(((y%4==0)&&(y%100!=0)) || (y%400==0))
 return 1;
 else
 return 0;
}

这个代码在VS2022上编译，会出现下面的警告信息：

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，当遇到第7行的is_leap_year
函数调用的时候，并没有发现前面有is_leap_year的定义，就报出了上述的警告。
把怎么解决这个问题呢？就是函数调用之前先声明⼀下is_leap_year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 is_leap_year(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:

#include <stido.h>
int is_leap_year(int y)；//函数声明
int main()
{
 int y = 0;
 scanf("%d", &y);
 int r = is_leap_year(y);
 if(r == 1)
 printf("闰年\n");
 else
 printf("⾮闰年\n");
 return 0;
}

//判断⼀年是不是闰年
 int is_leap_year(int y)
{
 if(((y%4==0)&&(y%100!=0)) || (y%400==0))
 return 1;
 else
return 0;
 }

函数的调用⼀定要满足，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。

8.2 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

1 //函数的声明
2 int Add(int x, int y);

test.c

#include <stdio.h>
 #include "add.h"

 int main()
 {
 int a = 10;
 int b = 20;
 //函数调⽤
 int c = Add(a, b);
 printf("%d\n", c);
 return 0;
}

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。

8.3 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 之前再讲⼀下：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，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

8.3.1 static 修饰局部变量：

//代码1
#include <stdio.h>
void test()
{
 int i = 0;
 i++;
 printf("%d ", i);
}
int main()
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<5; i++)
 {
 test();
 }
 return 0;
}

//代码2
#include <stdio.h>
void test()
{
 //static修饰局部变量
 static int i = 0;
 i++;
 printf("%d ", i);
}
int main()
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<5; i++)
 {
 test();
 }
 return 0;
}

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。

8.3.2 static 修饰全局变量

代码1:
add.c

1 int g_val = 2018;

test.c

#include <stdio.h>
extern int g_val;
int main()
{
 printf("%d\n", g_val);
 return 0;
}

代码2
add.c

1 static int g_val = 2018;

test.c

#include <stdio.h>
extern int g_val;
int main()
{
 printf("%d\n", g_val);
 return 0;
}

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。
代码1正常，代码2在编译的时候会出现链接性错误。
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。

8.3.3 static 修饰函数

代码1:
add.c

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

test.c

#include <stdio.h>
extern int Add(int x, int y);
int main()
{
 printf("%d\n", Add(2, 3));
 return 0;
}

代码2:
add.c

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

test.c

#include <stdio.h>
extern int Add(int x, int y);
int main()
{
 printf("%d\n", Add(2, 3));
 return 0;
}

代码1是能够正常运行的，但是代码2就出现了链接错误。
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问你件内部
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。