于灵动的变量变幻间：函数与计算逻辑的浪漫交织（上）

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大家好啊，我是小象٩(๑òωó๑)۶
我的博客：Xiao Xiangζั͡ޓއއ

很高兴见到大家，希望能够和大家一起交流学习，共同进步。
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这一节我们主要来学习函数的概念，了解库函数中的标准库、头文件，了解自定义函数的语法形式，了解形参和实参的区别，学习return语句，数组做函数参数，学习嵌套调用和链式访问…

文章目录

  • 一、函数的概念
    • 1.1 函数的概念
  • 二、库函数
    • 2.1 标准库和头文件
    • 2.2 库函数的使用方法
    • sqrt函数（举例）
      • 功能
      • 包含的头文件
      • 实践
      • 2.2.4 库函数文档的一般格式
  • 三、自定义函数
    • 3.1 自定义函数的语法形式
    • 3.2 函数的举例
  • 四、形参和实参
    • 4.1 实参
    • 4.1 形参
    • 4.3 实参和行参的联系
  • 五、return语句
  • 六、数组做函数参数
  • 七、嵌套调用和链式访问
    • 7.1 嵌套调用
    • 7.2 链式访问
    • 有趣的代码
  • 八、结尾

一、函数的概念

1.1 函数的概念

C语言中的函数和数学中的函数有一些区别，但本质上是差不多的，比如一次函数：y=kx+b，k和b都是常数，给一个任意的x，就能得到一个y值。
C语言中**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段小代码。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

也就是说：

一个大的计算任务可以分解为若干个较小的函数（对应较小的任务）完成。同时一个函数如果能够完成某项特定的任务的话，这个函数也可以是复用的。提高了开发软件的效率。

在C语言中我们一般会见到两种函数：

库函数 自定义函数

二、库函数

2.1 标准库和头文件

首先，我们要知道C语言本身并不提供库函数。
那库函数怎么来的呢？
C语言的国际标准 ANSIC 规定了一些常用的函数的标准，被称为标准库。C标准库（C Standard Library） 是一组标准的函数，这些函数提供了基本的输入/输出、字符串处理、数学计算、内存管理等功能。标准库通常包含在编译器的库中，并自动链接到程序中。
所以，不同的编译器厂商可以根据ANSI提供的C语言标准自己开发了一系列函数来进行实现。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，唯一区别是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

库函数的学习不用一次性全部学会，只需要逐步学习下去就可以了。

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/

我们来举个例子：

sqrt函数（举例）

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

功能

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

包含的头文件

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。
这里需要的头文件是 #include<math.h>

实践

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

看看结果：
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因为计算的结果是double类型，所以有小数点后6位

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

三、自定义函数

了解完库函数，我们再来看自定义函数，自定义函数相对来说会更重要一些
C语言是一种功能强大且灵活的编程语言，允许用户定义自己的函数来封装特定的功能或代码块，从而提高代码的可读性、可维护性和重用性。

3.1 自定义函数的语法形式

其实自定义函数和库函数的形式是一样的：

ret_type fun_name(形式参数)
{
}

• ret_type 是函数返回类型
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 是函数名
fun_name 是为了方便使用函数，函数名可以自己起，但函数名尽量要根据函数的功能起的有意义。
•括号中放的是形式参数
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。
• { }括起来的是函数体
{ }括起来的部分被称为函数体，函数体就是完成计算的过程，也就是想要进行加工的过程

我们可以通过图示来更好理解函数的意义：
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我们可以把函数想象成一个工厂，我们把原材料输入工厂，然后工厂将原料加工成产品，函数也是一样，我们对函数输入一些数值，然后经过函数内的计算（加工），最终得到计算结果（产品）。

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。

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

当然，Add函数也可以简化为：

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

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。

四、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;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	int r = Add(a, b);
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

4.1 实参

在C语言中，函数调用的过程中涉及两个关键概念：实参（actual parameters） 和形参（formal parameters，也称为参数变量）。实参是在函数调用时传递给函数的具体值或变量，而形参是函数定义中声明的用于接收这些值的变量。

在上面的代码中，我们在调用Add函数的时候，传递给函数的参数a和b就是实际参数，简称实参

4.1 形参

在上面代码中，第二行Add后面的x和y就被称作形式参数，简称形参。
在C语言中，**函数参数（简称形参）是函数定义中声明的变量，用于接收调用函数时传递的实际参数（简称实参）的值。**形参在函数被调用时创建，并在函数执行结束时销毁。

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。

扩展：

寄存器：CPU上集成的储存空间，比如上面我们举过一个add函数的例子，寄存器的作用就是把x+y的结果放进去，等到结果返回之后再把寄存器里面的结果放回到c里面去

4.3 实参和行参的联系

结论：当函数调用的时候，实参传递给形参的时候，形参将会创建自己的空间来存放实参的值，形参和实参不是同一块空间，对形参的修改，不会影响实参，形参是实参的一份临时拷贝。

五、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。

举个例子：

#include<stdio.h>
int add(int x, int y)
{
	int z = x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a,&b);
	int c = add(a, b);
	printf("%d", c);
	return 0;
}

这里的如果我们把add函数修改一下：

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

这样做的话因为return后面为表达式，所以这里会先执行表达式

•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。

比如我们创建一个函数的目的是要让它去打印某些东西，那么我们就可以选择void的类型
举个例子：

#include<stdio.h>
void test()
{
	printf("xiaofeixiang");
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

•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。

我们来看个例子：

//编译器会认为这个函数返回类型是int
#include<stdio.h>
test()
{
	printf("haha\n");
	int a = 0;
	scanf("%d", &a);
	printf("%d\n", a);
	printf("hello world");
	//最终实际返回的值是多少呢？这个不确定
}

int main()
{
	int r = test();
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

如果没有给函数写返回类型，那么返回类型是不确定的，所以编译器会默认返回类型为int，至于最终返回的值为多少是不确定的，比如上面代码运行后打印“hello world"时会在后面出现随机值，这就是返回值不确定的体现。
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•return语句执行后，函数就彻底返回，后边的代码不再执行。

//函数的返回类型是void，意思是这个函数不会返回任何值
void test()
{
	printf("hehe\n");
	int a = 0;
	scanf("%d", &a);
	if (a == -1)
		return;//return就是返回的意思
	printf("haha\n");
}

int main()
{
	test();
	return 0;
}

我们看这个例子，如果输入的值为-1的话，就会执行return语句，函数就会彻底返回，后面的代码不再执行，这里的**return发挥的是提前返回的作用**。

•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。

六、数组做函数参数

使用函数解决问题时，我们总会遇见数组作为参数传给函数的情况，在函数内对数组进行操作。
我们来看个例子：
写一个函数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;
}

这里我们要注意，数组名代表整个数组
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]);
	//数组名代表整个数组
	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，数组中形参和实参中的地址一样，所以对形参的修改也会对实参进行修改

根据上面的知识，我们可以实现这两个函数：
注意，

一般来说，形参中的数组元素个数可以省略掉（不过还是建议写上去好一些，因为有一些特殊情况不能省略掉，后面我们会学习怎么做一个扫雷程序的时候，会有这种情况出现，到时候再来介绍），也就是可以写成int arr[ ],中间数字可以省略

void set_arr(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		arr[1] = -1;

	}
	printf("\n");
}
//这个函数只需要完成设置就可以，不需要返回

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

数组传参时，本质上传递的是地址
最终，我们就可以写出这段代码：

//写一个函数将一个整形数组的内容全部置为-1，再写一个函数打印数组内容
#include<stdio.h>
void set_arr(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		arr[1] = -1;

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

七、嵌套调用和链式访问

7.1 嵌套调用

在C语言中，嵌套调用（Nested Function Call） 是指一个函数在其执行过程中调用另一个函数，而被调用的函数又可以调用其他函数，从而形成函数调用的嵌套关系。 这种嵌套关系可以是多层的，即一个函数可以调用另一个函数，后者又可以调用第三个函数，依此类推。
简单来说嵌套调用就是函数间的相互配合，就想一辆飞机的部件是由不同的厂家生产出来的，也正是各个部件厂家的相互配合，才能够组成一架飞机。
来看给例子：

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

#include<stdio.h>
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)//判断闰年和二月
		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，但是函数是不能嵌套定义的。

7.2 链式访问

在C语言中，链式访问通常与链表（Linked List）数据结构相关。链表是一种常见的数据结构，它由一系列节点（Node）组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针（Pointer）。链式访问是指通过节点的指针依次访问链表中的各个节点。
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。
举个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int len = strlen("abcdef");//1.strlen求⼀个字符串的长度
	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。

//链式访问
#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	printf("%d\n", strlen("abcdef"));
	return 0;
}

有趣的代码

//printf的返回值
#include<stdio.h>
int main()
{
	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
	return 0;
}

这里因为printf函数包含在另一个printf函数中，属于链式访问，也就是printf会打印它所包含的那个printf函数的返回值
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

看看结果：
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八、结尾

这一课的内容就到这里了，下节课继续学习函数（下）的一些扩展
如果内容有什么问题的话欢迎指正，有什么问题也可以问我！

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