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C语言 | 函数核心机制深度解构：从底层架构到工程化实践

news 2025/7/11 6:40:40

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文章专栏-C语言

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引言

最近偷懒了，迷上了三国和李贺。给大家分享一下最喜欢的一句诗：吾不识青天高黄地厚，唯见月寒日暖来煎人寿。我还不是很理解27岁的李贺，如何写出如此绝笔。

正文开始，今天我们来探讨一下关于C语言中的函数部分

一、函数的概念：代码的 “模块化” 基石

1.1 函数的定义与意义

  • 定义：函数是一段可重复使用的代码块，具有输入（参数）、处理逻辑（函数体）**和**输出（返回值）。
  • 意义：
    • 复用性：避免重复编写相同逻辑（如多次计算最大值，只需调用 max 函数）。
    • 可读性：通过函数名（如 sortArray）直观理解功能，降低代码复杂度。
    • 可维护性：修改函数内部逻辑时，只需更新一处，不影响其他调用处。

1.2 函数的基本结构

返回类型 函数名(参数列表) {// 函数体：实现具体功能return 返回值; // 非void类型必须返回对应类型的值
}

  • 示例：计算两数之和

    int add(int a, int b) { // 返回int，参数a、b为intreturn a + b; // 返回和
}

二、库函数：“开箱即用” 的工具集

关于库函数和其他语言中封装的函数在上篇文章中已经讲到了，详情请看[从库函数到API接口，深挖不同语言背后的“封装”与“调用”思想-CSDN博客]()

2.1 库函数的分类与头文件

  • 标准库：C 语言内置的函数集合，分为：

    • 输入输出（stdio.h）：printf（输出）、scanf（输入）。
    • 字符串处理（string.h）：strlen（字符串长度）、strcpy（字符串复制）。
    • 数学运算（math.h）：sqrt（开平方）、pow（幂运算）。
    • 内存管理（stdlib.h）：malloc（动态内存分配）、free（释放内存）。

  • 头文件：包含库函数的声明

    （告诉编译器函数的存在、参数和返回值）。使用库函数前必须包含对应头文件，例如：

    #include <stdio.h> // 包含printf的声明
int main() {printf("Hello, World!"); // 调用库函数return 0;
}

2.2 库函数的使用步骤（以 fgets 为例）

  1. 查阅文档：fgets 从文件中读取字符串，原型为 char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);。

  2. 包含头文件：#include <stdio.h>（fgets 声明在此头文件中）。

  3. 调用函数

    #include <stdio.h>
int main() {char str[100];fgets(str, 100, stdin); // 从标准输入（键盘）读取最多99个字符（含'\0'）printf("输入内容：%s", str);return 0;
}

  4. 注意事项：

    • size 参数需小于数组长度（避免缓冲区溢出）。
    • 返回值为 NULL 表示读取失败（如文件结束）。

三、自定义函数：“按需定制” 的代码块

3.1 函数定义的详细语法

  • 返回类型：
    • void：无返回值（如仅打印信息的函数）。
    • 基本类型（int、float 等）：返回对应类型的值。
  • 参数列表：
    • 无参数：void func() 或 func()（C99 后允许省略 void）。
    • 有参数：int add(int a, int b)（a、b 为形参，接收实参的值）。
  • 函数体：包含实现逻辑的代码，可使用 return 提前结束函数（void 函数用 return;）。

3.2 示例：实现 “判断素数” 函数

#include <stdio.h>
#include <math.h>// 自定义函数：判断n是否为素数（返回1是，0否）
int isPrime(int n) {if (n <= 1) return 0; // 1及以下不是素数for (int i=2; i<=sqrt(n); i++) { // 优化：只需检查到平方根if (n % i == 0) return 0; // 能整除，不是素数}return 1; // 是素数
}int main() {int num;printf("输入一个整数：");scanf("%d", &num);if (isPrime(num)) {printf("%d是素数\n", num);} else {printf("%d不是素数\n", num);}return 0;
}
  • 解释：
    • 形参 n 接收实参（用户输入的 num）。
    • 通过循环判断是否有因数，提前返回结果（提高效率）。

四、形参和实参：“值的传递与拷贝”

4.1 实参（实际参数）

  • 定义：调用函数时传递的具体值或变量（如 isPrime(num) 中的 num）。
  • 特点：
    • 可以是常量（isPrime(7)）、变量（isPrime(num)）、表达式（isPrime(2+3)）。
    • 传递方式：值传递（形参是实参的拷贝，修改形参不影响实参，除非传递地址）。

4.2 形参（形式参数）

  • 定义：函数定义时占位的参数（如 isPrime(int n) 中的 n）。
  • 特点：
    • 函数调用时分配内存，调用结束后释放（形参是临时变量）。
    • 值传递本质：形参是实参的副本（如 n 是 num 的拷贝，修改 n 不影响 num）。

4.3 地址传递（突破值传递限制）

// 交换两数（通过地址传递，修改实参）
void swap(int *a, int *b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}int main() {int x=10, y=20;swap(&x, &y); // 实参是x、y的地址（传递指针）printf("x=%d, y=%d\n", x, y); // 输出x=20, y=10（实参被修改）return 0;
}
  • 解释：
    • 形参 *a、*b 接收实参的地址（&x、&y），通过解引用（*a）直接修改原变量的值。
    • 这是 值传递的特殊情况（传递地址，实现 “引用传递” 效果）。

五、return 语句：“函数的出口与结果”

5.1 return 的两种用法

  • 返回值：给调用者一个结果（如 return a + b; 返回和）。
  • 结束函数：提前退出函数（如 void 函数中的 return;，跳过后续代码）。

5.2 规则与示例

  • void 函数

    void printMessage() {printf("Hello!\n");return; // 可省略（函数体结束自动返回）
}

  • 非 void 函数

    int max(int a, int b) {if (a > b) return a; // 返回a，结束函数return b; // 必有一个执行（确保返回值）
}

  • 错误处理

    int divide(int a, int b) {if (b == 0) {printf("除数不能为0！\n");return -1; // 错误码（调用者根据返回值判断是否出错）}return a / b;
}

六、数组作为函数参数：“传递指针与内存”

6.1 数组传参的本质

  • 数组名作为参数时，传递的是首元素的地址（即指针），函数内对数组的修改会影响原数组（因为操作同一块内存）。

  • 语法

    void printArray(int arr[], int size) { // 等价于int *arrfor (int i=0; i<size; i++) {printf("%d ", arr[i]); // 等价于*(arr+i)}
}

6.2 示例：数组排序（冒泡排序）

#include <stdio.h>void bubbleSort(int arr[], int size) {for (int i=0; i<size-1; i++) {for (int j=0; j<size-i-1; j++) {if (arr[j] > arr[j+1]) { // 交换相邻元素int temp = arr[j];arr[j] = arr[j+1];arr[j+1] = temp;}}}
}int main() {int nums[] = {5, 3, 8, 1, 2};int size = sizeof(nums) / sizeof(nums[0]); // 计算数组长度bubbleSort(nums, size); // 传递数组名（首地址）和长度for (int i=0; i<size; i++) {printf("%d ", nums[i]); // 输出1 2 3 5 8（原数组已排序）}return 0;
}
  • 注意：函数无法自动获取数组长度（需手动传递 size），因为形参 arr 是指针（丢失长度信息）。

七、函数调用：嵌套与链式

7.1 嵌套调用（函数内调用其他函数）

void printHeader() {printf("===== 欢迎使用系统 =====\n");
}void printMenu() {printHeader(); // 嵌套调用printHeaderprintf("1. 登录\n2. 注册\n3. 退出\n");
}int main() {printMenu(); // 输出：===== 欢迎使用系统 ===== → 菜单选项return 0;
}

7.2 链式访问（函数返回值作为参数）

int add(int a, int b) { return a + b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }int main() {// 先算add(2,3)=5，再算mul(5,4)=20（链式调用）int result = mul(add(2, 3), 4); printf("结果：%d\n", result); // 输出20return 0;
}

八、函数的声明与定义：“多文件开发”

8.1 单个文件中的声明

  • 定义在前：直接调用（无需声明）。

  • 定义在后：需先声明（告诉编译器函数存在）。

    int add(int, int); // 声明（参数名可省略，只写类型）
int main() {int res = add(3,5); // 调用时，编译器通过声明知道add存在return 0;
}
int add(int a, int b) { return a + b; } // 定义在后

8.2 多文件开发（模块化）

  • 步骤：

    1. 创建头文件（func.h）：声明函数

      #ifndef FUNC_H
#define FUNC_H
int add(int a, int b); // 声明
#endif

    2. 创建源文件（func.c）：定义函数

      #include "func.h" // 包含头文件（双引号表示当前目录）
int add(int a, int b) { return a + b; } // 定义

    3. 主文件（main.c）：调用函数

      #include <stdio.h>
#include "func.h" // 包含头文件，获取声明
int main() {printf("%d\n", add(3,5)); // 调用func.c中的addreturn 0;
}

  • 编译：需同时编译 main.c 和 func.c（如 gcc main.c func.c -o main）。

8.3 static 关键字：“限制作用域”

  • 静态函数（static 修饰函数）

    • 作用：仅当前文件可见（其他文件无法调用，避免命名冲突）。

    • 示例（func.c）

      static int add(int a, int b) { return a + b; } // main.c调用会报错（未定义）

  • 静态变量

    • 静态局部变量（函数内）

      生命周期为程序运行期（保留值，如计数器）。

      void count() {static int num = 0; // 第一次调用初始化，后续保留值num++;printf("第%d次调用\n", num);
}
// 调用：count() → 第1次，count() → 第2次（num保留1）

    • 静态全局变量（文件内，函数外）：仅当前文件可见（同文件内函数可访问，其他文件不可见）。

http://www.dtcms.com/a/272204.html

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