【C语言】函数(涉及生命周期与作用域)

文章目录

函数（function）
- **函数的概念**
- **函数的作用**
- 在本阶段一般会涉及到两类函数:库函数和自定义函数
- 自定义函数
- - **函数的语法形式**
- **形参和实参**
- - **实参和形参的关系**
- 函数返回值
- - **函数返回值类型说明**
  - **return 语句**
- 数组做函数参数
- **函数嵌套调用和链式访问**
- - 函数嵌套调用
  - **函数链式访问**
  - **小插入:有趣的代码**
- **内部函数和外部函数**
- - **函数声明和定义**
  - **单文件**
  - 多个文件(涉及到外部函数)
- **局部变量和全局变量**
- **作用域和生命周期**
- **关键字static、extern**

函数（function）

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函数的概念

函数:是指程序中的实现某项特定需求的一小段代码（容易跟数学上函数混淆），程序中函数翻译称为子程序。通常也称为接口(接口是内外连续的窗口，实现不同的功能和效果)

函数的作用

程序其实是由无数个小的函数组成，比如:我们编写 int main() 也是属于函数。函数就是运用"大事化小"的思想，将一个大问题分为若干个小问题，一个大功能分为几个小功能实现。遇到需求可以调用对应的函数解决问题并且函数可以复用，遇到相同需求直接调用该函数，不需要重新CV或者敲一遍一样的程序，减少了代码的冗长，提高了开发的效率，程序的可读性。

在本阶段一般会涉及到两类函数:库函数和自定义函数

C语言标准规定许多语法法则，但是C语言不提供库函数，但是可以使用库函数中的函数。C语言的国际标准ANSI C规定了部分常用的函数的标准，被称为标准库，对于不同编译器厂商根据ANSI C给出标准库给出了常用函数的实现称为库函数。

标准库：调用函数某种标准规范
库函数：部分常用的函数集合

对于一些常见的功能可以直接调用对应的库函数，比如打印函数，内存函数等，提高了开发的效率。

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 (有兴趣可以自己学习)

函数调用:在不同的文件中实现函数调用需要进行函数声明，库函数是在标准库中对应的头文件声明，所以在使用库函数时，需要所对应的头文件。

自定义函数

"自定义"意味更多的创造性，自定义函数更为重要，在不同实际需求中，灵活设计程序满足需求。

函数的语法形式

库函数和自定义函数是一样的（只不过是库函数已经有大佬敲出来，我们只负责调用）

//函数定义格式
ret_type(返回值类型) fun_name(函数名)(形式参数/形参)
{
	函数体语句
}
//函数调用格式
int main()
{
	ret_type(实参);
}

使用注意:

ret _type:表示返回函数计算结果的类型，当返回类型为void，表示没有返回值
fun_name：函数名为了方便调用对应的函数，所以函数名尽量根据函数功能取名更有意义(不要用拼音表示函数名，显得很俗，尽量使用英文)
函数参数可以为void，明确表示函数没有参数，保留空号，不需要特殊声明
函数有多个参数的话，需要用逗号分隔开，表示独立的参数，要对应好参数的类型、名字、个数。
形参的书写需完善，不能只写参数类型而省略参数名字

#include <stdio.h>
int Add(int x,int y)
{
	return x+y;
}

int main()
{
	int a=0,b=0;
    scanf("%d %d",&a,&b);
    printf("%d",Add(a,b));//Add函数会返回数值，这里可以直接嵌套在printf中
}

形参和实参

在调用函数的过程中，函数的参数为实参和形参

实际参数: 简称为实参，是函数调用时的实际参数值
形式参数：简称为形参，是函数声明和定义时指定的参数名(参数名尽量取得有意义)

如果只是定义这个函数，而不去调用的话，函数的参数部分只是形式上存在，不会向内存申请空间(不是真实存在的)。只有当函数被调用的过程中为存放(拷贝)实参传递过来的值，才向内存申请空间的，这个过程称为:形参的实例化

实参和形参的关系

既然只当函数调用时，向内存申请空间，则实参和形参都有各自独立的内存空间，那么实参和形参地址可能是不同的

void Swap(int x,int y)
{
	
}
int main()
{
    int a=1，b=6;
    Swap(a,b);
  return 0;
}

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结论:从图中可以看出，虽然x和y确实得到了a和b的值，但是x和y跟a和b的地址是不同的。因为形参是实参的一份临时拷贝，将实参的数值拷贝到形参中，而不是连同地址拷贝给形参，那么意味着形参的改变不会影响到实参
如果我想要通过形参去影响实参，那么可以提前看会指针的知识，通过地址对进行修改–链接

函数返回值

函数返回值类型说明

函数默认类型是int，可以省去前面的类型说明符(建议写上，提高代码的可读性)
类型说明符如果是void，表示函数没有返回值

return 语句

return语句的两种用途

当函数处理函数体中的数据，需要返回数值，通过返回语句来传送返回值到函数调用点(递归时常见)

表示程序结束，从函数返回调用点，不返回函数的值，可以不用使用return语句

使用return语句的注意事项:

return后边可以是一个数值，也是可以是一个表达式。如果后边是一个表达式，那么会先执行表达式，再将表达式的结果返回
return 后边不带东西，比如return ;表示返回类型是void，跳出本次函数
执行return语句，直接跳出本次函数，return后边代码不再执行
当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
OJ常见的问题，如果函数中存在if等分支语句，则要保证每种情况下都有返回值，否则会出现编译报错

返回值规则

任何C/C++函数都必须有类型，如果函数不需要返回数据（不要省略返回值类型），应该声明void类型。不然的话，不加类型说明的函数，一律自动按照整形处理，但是这样子容易误解为void类型
不要将正常值和错误标记混在一起返回

数组做函数参数

设计函数时，有些情况需要调用外部数组，在函数中对数组元素进行修改

样例:

int f(int nums[],int sz)
{
	for(int i=0;i<sz;i++)
    {
        nums[i]=1;
		printf("%d ",nums[i]);
    }
}
int main()
{
    int arr[5]={1,2,3,4,5};
    int sz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0)];
	f(arr,sz);
     return 0;
}

数组传参注意事项:

函数形参和函数实参个数匹配
函数实参是数组，形参也可以写成数组和指针类型（传递数组会被转化为指针）
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，形参修改还是实参数组元素
形参以数组的形式接收，不能省略[],如果是int arr，类型上实参和形参无法对应

问题:如果将外部数组传参到函数中，在函数中计算数组的大小，是否可行

答:不可行。数组名是数组首元素的地址，那么传参是传递指针，可以使用数组和指针类型接受(传递数组会被转化为指针),对此int sz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0)];这里arr不再是数组名，而是一个指针变量，计算结果会有误差。

函数嵌套调用和链式访问

函数嵌套调用

嵌套调用:指一个函数的函数体中嵌套一个函数，函数之间有效的互相调用，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

函数链式访问

链式访问：指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。

比如:printf("%d",Add(x,y));

对于上面两个知识点，通过一道题目加深理解

知识铺垫:假设我们需要计算某年某月又多少天，但是由于闰年的关系，在闰年这里一年中，一年变为366天，其中二月份的天数会多一天

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如果需要函数实现的，可以设计两个函数

get_days_of_month()：得到天数，在其函数中，需要对是否为闰年进行判断，再进行修改
is_leap_year(): 根据年份判断是否是闰年

打印闰年

is_leap_year(int y)
{
	if(((year%4==0) && (year%100!=0)) || (year%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 };//首元素为0的目的，是方便输入月份得到相对的天数
	int day = days[m];
	if ((is_leap_year(y)) && m == 2)//1为真，0为假
		day++;
	return day;
}

int main()
{
	int y = 0; int m = 0;
	scanf("%d %d", &y, &m);
    printf("%d",get_days_of_month(y, m));
//那么函数参数部分能不能是函数呢?当然这些到后面才慢慢理解下了
	return 0;
}

小插入:有趣的代码

printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));

这段函数会打印出什么结果，首先我们需要知道，printf函数的返回值是什么，如果想要了解某个库函数细节printf函数
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printf函数返回的是打印屏幕上字符的个数，printf函数执行的方向是从右到左，当然在不同编译器有所差异

程序执行顺序:
1. 第一个printf打印第二个printf的返回值，而第二个返回值打印的是第三个printf的返回值
    
2. 先第三个printf打印43，在屏幕上打印2个字符，再返回2。其次第二个printf打印2，再屏幕上打印1个字符，再放回1，最后printf打印1

3. 最后屏幕上显示:4321

内部函数和外部函数

根据函数是否被其他源文件调用，将函数区分为内部函数和外部函数。主要是解决不同源文件中函数之间调用问题

内部函数:一个函数只能被本文件的其他函数所调用
外部函数:默认情况下，函数的定义是外部可见的，无需使用 extern 关键字来指定。在定义函数时，在函数最左端加关键字extern(外部)，这样子的函数称为外部函数，如果当定义函数时省略extern，则默认为外部函数，外部函数可供其他文件调用

函数声明和定义

单文件

//函数声明
void f(void); 
//函数定义
void f(void)
{
    函数体；
};

通过判断闰年函数对了解下函数定义和声明使用

int leap_year(int year)
{
	if(((year%4==0) && (year%100!=0)) || (year%400==0))
        return 1;
    else
        return 0;
}//这里属于函数的定义
int main()
{
	int year=0;
    scanf("%d",&year);
    int ret=leap_year(year);
    if(ret==1)
     printf("%d是闰年",year)
      	 else
            printf("%d不是闰年",year);
}

问题:如果是在函数调用之前实现函数定义，是没有任何的报错的，如果是将函数的定义放在函数的调用后边，会不会出现报错呢？

int main()
{
	int year=0;
    scanf("%d",&year);
    int ret=leap_year(year);
    if(ret==1)
     printf("%d是闰年"，year)
      	 else
            printf("%d不是闰年"，year);
}
int leap_year(int year)
{
	if(((year%4==0) && (year%100!=0)) || (year%400==0))
        return 1;
    else
        return 0;
}

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输入栏这里有提示调用函数前，没有定义该函数，检查不够严格，没有直接报错，这个代码VS2022上编译是会报错的

是因为编译器对源文件进行编译时，是从第一行往下扫描的，当遇到函数调用时，并没有发现前面有该函数的定义

如果使用该函数时，可以在调用函数的后边，但是需要提前声明，也可以在函数调用之前对该函数声明，声明函数需要交代:函数名、函数返回值类型和函数参数(当然一般也是将函数的定义放在上边，并且函数的声明一般在头文件中进行声明)
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函数声明中参数可以只保留类型，省略掉名字也是可以的

多个文件(涉及到外部函数)

在企业中写代码时，当代码量比较多，不会将所有代码都放在一个文件中，往往会根程序的功能，将代码拆分在多个文件中

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

比如:
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局部变量和全局变量

局部变量：定义在某一函数或某一部程序内部的变量，称为局部变量。局部变量只能在其所定义的局部范围(作用域)内起作用，离开该范围，它们将会自动销毁(结束生命周期)，因此，又称为局部自动变量
全局变量:定义在所有函数之外，可供所有函数访问的变量，称为全程变量或全局变量

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是总是有效的，而限定这个名字的可用性的范围就是这个名字的作用域，简而言之:

局部变量的作用域:变量所在的局部范围
全局变量的作用域:整个工程

生命周期:指变量创建(申请空间)到变量销毁(收回空间)之间的一个时间段

局部变量的生命周期:进入作用域生命周期开始，出作用域生命周期结束
全局变量的生命周期:整个程序的生命周期(int main->return结束后)

小知识点：就近原则，了解即可，一般不会这样子设计变量名

当局部变量和全局变量同名时采取–>就近原则（一般这样子会出现重命名的问题，但是这里有两个域，不同的域取相同的名字，不会有命名冲突）
优先使用离使用地方近的变量

通过下列代码方便理解下上面的知识点：
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**特别说明下：**这里的b是未定义的，因为局部变量b的作用域在if语句中，出了if语句（出了作用域）局部变量b就被销毁(生命周期结束)了。

关键字static、extern

static(静态)

作用:1.修饰局部 2.全局变量 3.修饰函数

extern

作用:声明外部符号

通过局部、全局变量、函数来深入了解这两个关键字

static修饰局部变量–静态局部变量
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分析上面代码，对于上面知识稳固和理解static修饰局部变量的意义

代码1:在test函数中，创建局部变量i(生命周期开始)并且赋值为0，再++，打印，退出函数(生命周期结束)。

代码2:从输出结果上来看，变量i的值有累加的效果，因为在test函数中创建局部变量i之后，出函数是不会销毁的，重新进入函数也不会重新创建变量，被static修饰只能定义一次，直接累加的数值参与计算中

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中，但是被static修饰后存储到了静态区中。全局变量是存储在静态区中，那么存储在静态区的变量和全局变量，生命周期就和程序的生命周期一样的，只有当程序结束，变量才被销毁，内存才能被回收，但是作用域是不变的

静态局部变量的特点