助记提要

1. 函数定义的4个组成；
2. 函数声明和函数原型；
3. 实参提升；
4. 数组型实参的特点；
5. 星号表示数组长度；
6. static声明数组参数；
7. 使用复合字面量避免定义变量；
8. return和exit；
9. 泛型选择；

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9章 函数

函数是C程序的构建块，是自带声明和语句的小程序。
可以用函数把程序分为很多小块，便于理解和修改程序。
函数可以复用。

9.1 函数定义

函数定义的格式：

返回值类型 函数名(形式参数列表)
函数体

返回类型

• 返回类型不能是数组类型；
• void类型返回表示函数没有返回值；
• C89可以省略返回类型，默认返回int；C99不允许省略返回类型。

返回类型过长的话，可以放在单独的一行：

unsigned long int
func(...)
{
    ...
	return ...;
}

形式参数

• 形式参数可以有多个，逗号分开；
• 每个形式参数前面必须说明其类型；
• 如果没有形式参数，需要在括号里写void；

函数体

• 函数体是一堆花括号包起来的复合语句；
• 函数体内声明的变量专属于此函数，其他函数无法调用或修改；
• C89中变量声明必须在语句之前，C99中声明和语句可以混一起；
• 返回类型是void的函数，函数体可以只有一对花括号；这样的操作可以在开发中预留空间，后续再来编写。
• 非void函数必须在函数体中使用return语句指定返回值。

9.2 函数调用

函数调用语法：

函数名(实际参数列表);

注意 调用时只写函数名，不写圆括号和实参，也是合法语句，但是不起任何作用。

void函数调用没有返回值。非void函数调用会产生一个值，可以存储在变量中。
这个返回值在不需要时，允许被丢弃。可以在函数前加强制转换操作(void)，让别人知道这个函数的返回值是故意被丢弃的。

// 函数返回打印的字符数
n = printf("Hi!\n");
// 程序用不到打印字符数，丢弃这个返回值
(void) printf("Hi\n");

9.3 函数声明

定义前调用函数的问题

编译器在main函数中遇到未知的函数调用时，不知道这个函数的形参数目和类型、返回值类型。编译器会先假设这个函数返回int类型，即为该函数做一个隐式声明。
函数的实参个数和类型仍无法确定，编译器只能进行默认实参提升。
在后面遇到该函数的定义时，如果返回类型不符合，就会产生错误。

函数声明

有时无法在调用之前把函数定义好。提前定义也会使程序顺序不自然，难以阅读。

函数声明可以让编译器在调用前先浏览函数的信息，具体的函数定义可以后面再给。
函数声明的格式类似于函数定义的第一行，但是结尾要写分号：

返回类型 函数名(形式参数);

函数声明必须和函数的定义一致。

函数声明中形式参数只写类型就够了，参数名可以省略不写。
但是最好写上，因为名字可以说明形参的作用，并提醒程序员实参的传递顺序。

C99中在调用函数前必须声明或定义，否则会出错。

老式的函数声明不提供形式参数的信息，为了作区分，将提供返回类型、形参数目和类型的的函数声明称为函数原型。

有时会出于防御性目的在函数原型中省略参数名字。因为在很多人编写的大型应用程序中，可能刚好有一个宏的名字和参数名一样，在预处理时参数名会被换掉。

注意 函数声明放在函数体外会更好。如果放在函数体内，那另一个函数要调用这个函数时，还需要再次声明。后续修改过程中想添加或移除函数声明会很麻烦。

注意 返回类型相同的函数可以放在一起声明，甚至函数声明可以和变量声明放在一起。但是这样做会让程序显得乱。

// 函数声明合并
void print_num(void), print_count(int n);
// 函数声明和变量声明混合
double x, y, average(double a, double b);

9.4 实际参数

形式参数出现在函数定义当中，使用假名字表示函数执行时需要的值。
形式参数的改变不会影响实际参数的值，所以可以把形式参数做为函数内的变量使用。

实际参数是出现在函数调用中的表达式。
实际参数是值传递的，函数调用时先计算出实际参数的值，然后将值赋给相应的形式参数。

实际参数的转换

实际参数的类型与形式参数的类型不匹配时，也能进行函数调用。编译器会对实际参数进行转换：

• 若编译器调用前遇到原型，实参的值会被隐式转换为形参的类型。
• 若编译器调用前没有遇到原型，编译器执行默认实参提升：把float类型的实参转为double；非浮点型实参执行整值提升(C99为整数提升)。

注意 默认实参提升可能无法产生期望的结果。

int main(void) {
    double x = 3.0;
    printf("%d\n", square(x));
    return 0;
}

int square(int n)
{
    return n * n;
}

上述程序打印结果为1。函数square需要int类型的实参，拿到double类型后会产出无效的结果。

数组型实参

形式参数是一维数组时，一般不说明数组的长度。

// 一维数组形参，不写长度
int f(a[])
{ ... }

即使数组形参写了长度，也会被编译器忽略。

该函数的实际参数可以是类型对应的任意的一维数组。
函数执行时，无法确定数组的元素数目。sizeof(a) / sizeof(a[0])只能计算数组总长度，而不是数组的元素数。
一维数组型的实际参数，如果函数需要知道数组元素数，就必须把元素数做为第二个参数提供出来。这个参数可以告知函数，数组的长度比实际长度小。
注意 元素数不要填写大于实际情况的值。访问超出末尾的元素，会导致未定义的行为。

注意 函数改变数组型形式参数的元素时，相应的实际参数也会被改变。

如果形式参数是多维数组，声明参数时只能省略第一维的长度，后续的维度必须指定。

C语言是按行主序存储数组的。
二维数组的行数可以由总长度除以行长推断，而行长是由这一行的列数决定的。

// 多维数组形参，第二维之后的长度必须写
int f2(a[][10])
{ ... }

变长数组做形式参数

C99允许使用非常量表达式指定数组长度，这样的变长数组也可以做参数。

int f(int n, int a[n])
{ ... }

显式地说明数组a的长度是n。
注意 参数要先写n，后写数组a。

函数声明时，参数名是可以省略的，如果第一个参数定义被省略了，就无法把a的长度和n联系起来。这时用星号来表示数组的长度与前面的参数相关：

// 省略参数名
int f(int, int [*]);

声明时方括号为空也是可以的：

int f(int, int []);

形式参数是多维变长数组时，可以指定任意的列数。

// 二维数组的全部元素相加
int sum(int n, int m, int a[n][m])
{
    int i, j, sum = 0;
    for (i = 0; i < n; i++)
        for (j = 0; j < n; j++)
            sum += a[i][j];
    return sum;
}

这个函数的声明可以是以下几种：

int sum(int n, int m, int a[n][m]);
int sum(int n, int m, int a[*][*]);
int sum(int n, int m, int a[][m]);
int sum(int n, int m, int a[][*]);

数组参数声明时使用static

C99可以在数组参数声明时使用static：

int f(int a[static 3], int n)
{ ... }

static 3表示这个数组至少有3个元素。
使用static可以使编译器在函数调用时预先取出最小数目的元素值，而不是在函数内部需要用到元素时才去取。
对于多维数组参数，static仅可用于第一维。

复合字面量

调用函数时，需要传递数组的名字：

int a[] = {1, 2, 3, 4};
s = sum(a, 4);

数组a是一个变量，调用前需要初始化。如果后续不再用到它，可以使用符合字面量避免定义变量a。
复合字面量是使用给定的元素创建的没有名字的数组。

s = sum((int []){1, 2, 3, 4}, 4);

复合字面量的格式：

(数组类型 [数组长度]){数组初始化}

• 数组长度可以不写。写长度时，初始化列表不足的部分会补0。
• 初始化时也可以使用指示器。
• 函数内部创建的复合字面量可以包含任意的表达式，不只是常量。
• 复合字面量中元素的值可以被改变。如果不允许改变，可以在类型前面加const。如(const int []){2, 3}

9.5 return语句

• 非void函数必须使用return语句指定返回值。
• renturn语句的类型和函数的返回类型不符合时，会把表达式的类型隐式转换为返回类型。
• void函数中也可以使用return语句，但是后面不能跟表达式。否则会编译错误。

return语句不是必须的，因为执行完最后一条语句之后，函数会自动返回。C89中非void函数不写return，程序在尝试使用函数返回值时，会出现未定义的行为。C99中不写return，编译器会报错。

9.6 程序终止

一些操作系统在程序终止时可以检测到状态码。
main函数的返回值就是状态码，是int类型。程序正常终止，返回0，异常终止返回非0值。

C89中不允许把main函数的返回类型定义为void。
C99中main函数返回值可以不是int类型，但是这么做降低了程序的可移植性。

想要终止程序，除了在main函数中使用return语句外，还可以调用exit函数。
exit函数是<stdlib.h>头中的函数。

// 正常终止程序
exit(0);

为了语义清晰，<stdlib.h>提供了两个宏EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE，通常分别是0和1。

// 正常终止程序
exit(EXIT_SUCCESS);
// 异常终止
exit(EXIT_FAILURE);

return函数只在被main函数调用时才终止程序。exit函数不论被哪个函数调用，都会终止程序。

9.7 泛型选择

有时希望使用同一个名字编写多个函数。这些函数实现的功能相似，只是参数和返回值的类型不相同。

C99使用泛型宏来统一数学函数的各个版本。如正弦函数，标准库针对不同的参数类型定义了多种相应的函数：sin、sinf、sinl、csin、csinf、csinl。使用泛型宏之后，可以直接用sin来调用它们。泛型宏可以根据传入的参数选择对应版本。

C11提供了泛型选择表达式：

_Generic(表达式, 泛型关联列表)

使用泛型表达式：

#define sin(x) _Generic(x, \
                        float: sinf, \
                        double: sin, \
                        long double: sinl, \
                        float _Complex: csinf, \
                        double _Complex: csin, \
                        long double _Complex: csinl))(x)

泛型表达式中的第一个表达式是控制表达式，它并不求值，C语言只会提取它的类型信息。后续的某个泛型的类型名和控制表达式的类型兼容，则将其作为泛型选择的结果表达式。

• 泛型表达式的控制表达式不允许匹配多个泛型关联的类型名。
• 可以使用一个default泛型关联，做为控制表达式都不匹配时的默认选项。
• 泛型表达式在预处理期间被识别和替换。
• 泛型选择不能选择数组类型，因为数组类型的表达式传过来的是指向其首元素的指针。

9.8 递归

递归是指一个函数调用它本身的情况。
C语言允许递归，但是大部分程序不需要用到递归。

函数1调用函数2，函数2又调用函数1，这种写法相当于间接的递归，也是合法的，但是确保它们可以终止。