C语言-函数

函数

嵌套

函数不允许嵌套定义，但是允许嵌套调用。

正确示例：函数嵌套调用

void a(){...}// 函数的嵌套调用void b(){a();}int main(){printf(...);}

错误示例：函数嵌套定义

void a(){void b(){...}}

嵌套调用：在被调函数内又主动去调用其他函数，这样的函数调用形式，称之为嵌套调用

例，编写一个函数，判断3-100的正整数是否是素数

素数（质数，它是大于1的自然数，除了1和它本身以外，不能被其他数整除）

#include <stdio.h>int fun(int n);​int main(){int a = 1;while(a){for(int i = 3; i <= 100; i++){//如果是自然数，就打印，否则不打印if(fun(i))  printf("%4d是素数",i); }printf("\n");printf("是否继续输入（继续：1/结束：0）：");scanf("%d",&a);}printf("程序结束"); return 0;}​int fun(int n){int flag = 1;//循环变量int i;for(i = 2;i <= n/2; i++){//校验if(n % i == 0){flag = 0;break;} }return flag; }

扩展n1-n2素数

 #include <stdio.h>int fun(int n);​int main(){int a = 1;while(a){int n1,n2; printf("请输入起始数和终止数");scanf("%d%d",&n1,&n2);for(int i = n1; i <= n2; i++){//如果是自然数，就打印，否则不打印if(fun(i))  printf("%4d是素数",i); }printf("\n");printf("是否继续输入（继续：1/结束：0）：");scanf("%d",&a);}printf("程序结束"); return 0;}​int fun(int n){int flag = 1;//循环变量int i;for(i = 2;i <= n/2; i++){//校验if(n % i == 0){flag = 0;break;} }return flag; }

查找数组中数的位置

 #include <stdio.h>int find_a(int arr[],int len,int n);​​int main(){int a = 1;while(a){int arr[] = {10,21,11,54,45};int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);int n;  printf("请输入：");scanf("%d",&n); int index = find_a(arr,len,n);index!= -1 ? printf("%d在数组中的位置是%d\n",n,index) : printf("未找到%d在数组中的位置\n",n); printf("是否继续输入（继续：1/结束：0）：");scanf("%d",&a);}printf("程序结束"); return 0;}​int find_a(int arr[],int len,int n){int infex = -1;for(int i = 0;i < len;i++){//获取位置if(arr[i] == n){infex = i;break;} }return infex;}

输入4个整数，找出其他的最大数，每次比2个

#include <stdio.h>int max_2(int ,int );int max_4(int,int,int,int);​int main(){int n = 1;while(n){int a,b,c,d;printf("请输入四个整数：");scanf("%d%d%d%d",&a,&b,&c,&d);printf("%d,%d,%d,%d中的最大数为%d",a,b,c,d,max_4(a,b,c,d));printf("是否继续输入（继续：1/结束：0）：");scanf("%d",&n);}printf("程序结束"); return 0;}​​int max_2(int a,int b){return a > b ? a : b;}​int max_4(int a,int b, int c, int d){//写法1//  max = max_2(a,b);//  max = max_2(max,c);//  max = max_2(max,d);//写法2return max_2(a,b) > max_2(c,d) ? max_2(a,b) : max_2(c,d); }

函数的递归调用

在一个函数中，直接或者间接调用了函数本身，就称之为递归调用。本质上还是函数的嵌套调用。

// 直接调用 推荐a() → a();​// 间接调用a() → b() → a();a() → b() → .. → a();

递归调用的本质

递归调用是一种循环结构，它不同于我们之前学过的while、for、do..while这样的循环结构，这些循环结构是借助于循环变量；而递归调用是利用函数自身实现循环结构，如果不加以控制，很容易产生死循环。

注意事项

① 递归调用必须要有出口，一定要想办法终止递归（否则会产生死循环）

② 对终止条件的判断一定要放在函数递归之前。（先判断，在执行）

③ 进行函数的递归调用。

④ 函数递归的同时一定要将函数调用向出口逼近。

C语言函数递归的底层实现依赖于程序调用栈（Call Stack），其核心过程是通过栈帧（Stack Frame）的创建与销毁来管理函数的多次调用。具体底层逻辑如下：

1. 栈帧的作用

每次函数调用（包括递归调用自身）时，系统会在内存的栈区为该次调用分配一块独立的内存空间，即栈帧。栈帧用于存储：

函数的参数值

函数内的局部变量

调用结束后返回的地址（即该次调用结束后，程序应回到的原执行位置）

1. 递归调用的底层流程

以计算阶乘 n! 的递归函数 fac(n) 为例（fac(n) = n *fac(n-1) ，终止条件 fac(1) = 1 ）：

第一步：调用 fac(3) 时，系统创建栈帧1，存储参数 n=3 、局部变量及返回地址（假设主函数调用处），然后执行函数体，发现需要调用 fac(2) 。

第二步：调用 fac(2) 时，系统在栈顶创建栈帧2，存储参数 n=2 及新的返回地址（fac(3) 中等待结果的位置），暂停 fac(3) 的执行，转去执行 fac(2) 。

第三步：同理，调用 fac(1) 时，创建栈帧3，存储 n=1 及返回地址（fac(2) 中等待结果的位置）。

终止与回溯：当执行到 fac(1) 时，触发终止条件，直接返回结果 1 。此时栈帧3被销毁，程序回到栈帧2中继续执行（计算 2 * 1 = 2 ），栈帧2销毁后回到栈帧1（计算 3* 2 = 6 ），最终栈帧1销毁，返回结果给主函数。

1. 关键特点

栈的“后进先出”特性：递归调用时，新的栈帧总是压在栈顶，而只有最顶层的栈帧（即最后一次调用）执行完毕并返回结果后，上层的栈帧才能继续执行（对应递归的“回溯”过程）。

栈溢出风险：若递归次数过多（如未设置终止条件或终止条件无法触发），会导致栈帧不断创建，超出栈区内存上限，触发“栈溢出（Stack Overflow）”错误，程序崩溃。

简言之，递归的底层本质是通过栈帧的层层创建（递推）和销毁（回溯），实现函数自身的多次调用管理，而栈的特性保证了递归调用的顺序和结果传递。

例：查找年龄，初始为10，多一个人＋2

递归案例

有5个人坐在一起，

问第５个人多少岁？他说比第４个人大２岁。

问第４个人岁数，他说比第３个人大２岁。

问第３个人，又说比第２个人大２岁。

问第２个人，说比第１个人大２岁。

最后问第１个人，他说是１０岁。

请问第５个人多大。

#include <stdio.h>int fun(int n);​int main(){int a = 1;while(a){int n;printf("输入查找第几个人（1-5）：");scanf("%d",&n);printf("第%d个人的年龄为%d\n",n,fun(n));printf("是否继续输入（继续：1/结束：0）：");scanf("%d",&a);}printf("程序结束"); return 0;}​int fun(int n){int a;if(n == 1){a = 10;}else if (n > 1){a = fun(n-1) + 2 ;}return a;}

n的阶乘

 #include <stdio.h>size_t num(int);​int main(){int a = 1;while(a){int b;printf("请输入一个整数：");scanf("%d",&b);printf("%d的阶乘结果为%lu\n",b,num(b));printf("是否继续输入（继续：1/结束：0）：");scanf("%d",&a);}printf("程序结束"); return 0;}​size_t num(int n){size_t a;if(n <= 0){printf("n的范围不能是0及以下数字！\n");return -1;}else if(n==1){a = 1;}else{a = n * num(n-1);}return a;}

快速排序算法

快速排序是一种高效的分治（**Divide and Conquer）**排序算法。它的核心思想是通过选取

一个基准值（**pivot）**，将数组划分为两个子数组：一个子数组的所有元素比基准值小，

另一个子数组的所有元素比基准值大，然后递归地对子数组进行排序。

快速排序的基本步骤

1. 选择基准值（Pivot Selection）：

从数组中选择一个元素作为基准值。常见的选择方式包括：

第一个或最后一个元素（简单但可能效率不高，尤其在已排序或接近排序的数组中）。

随机选择一个元素（减少最坏情况概率）。

三数取中法（如第一个、中间、最后一个元素的中位数，提高分区均衡性）。

1. 分区（Partition）：

重新排列数组，使得：

所有比基准值小的元素移到基准值的左侧。

所有比基准值大的元素移到基准值的右侧。

分区完成后，基准值处于其最终排序后的正确位置。

（注：分区是快速排序的关键步骤，常见的实现有Lomuto分区和Hoare分区方案。）

1. 递归排序（Recursion）：

对基准值左侧的子数组和右侧的子数组递归地调用快速排序。

递归的终止条件是子数组的长度为0或1（已有序）。

1. 合并结果（Combine）：

由于每次分区后基准值已位于正确位置，且左右子数组通过递归排序完成，因此

无需显式合并操作，整个数组自然有序。

总结

通过一个基准值（pivot）不断拆分数组，直到子数组无法再拆分（即子数组长度为1或0），此时整个数组就有序了。

#include <stdio.h>/*** 快速排序函数（递归实现）* @param arr 待排序数组* @param n 数组长度**/void QSort(int arr[], int n){// 出口限制，如果排序数组的大小<=1，此时数组就不再排序if (n <= 1) return;// 定义两个标记，i从左向右，j从右向左，锁定排序数组的区间int i = 0, j = n - 1;// 选择排序数组的第一个元素作为基准值（可优化为取中法）int pivot = arr[0];// 分区过程while(i < j){// 从右向左查找第一个小于等于基准值的元素（<=基准值的数据）while (i < j && arr[j] > pivot) j--;// 从左向右查找第一个大于基准值的元素（>基准值的数据）while (i < j && arr[i] <= pivot) i++;// 交换这两个元素if (i < j){int temp = arr[i];arr[i] = arr[j];arr[j] = temp;}}// 将基准值更新到正确位置（i == j）arr[0] = arr[i];arr[j] = pivot;// 切割子数组QSort(arr,i); // 左边部分QSort(arr+i+1,n-i-1); // 右边部分}int main(int argc,char *argv[]){int arr[] = {23,45,56,24,78,22,19};int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);QSort(arr, n);// 函数的参数是数组，传递的是这个数组的首地址，函数中可以修改实参数据，符合这种条件的参数称之为输出型参数// 此时是可以直接遍历数组，此时的数组已经经过了修改for (int i = 0; i < n; i++){printf("%-4d",arr[i]);}printf("\n");return 0;}

数组做函数参数

当使用数组作为函数的实参时，形参应该使用数组形式或者指针变量来接收。需要注意的是：

1. 这种传递方式并不是传递数组中的所有的元素数据，而是传递数组首地址，此时数组降级为指针。

1. 形参接收到这个地址后，形参和实参指向同一块内存空间。

2. 因此，通过形参对数组元素的修改会直接影响到实参。

这种传递方式称为“地址传递”（或“指针传递”），它与“值传递”的不同：

值传递：传递数据的副本，修改形参不影响实参

地址传递：传递数据的地址，通过形参可以修改实参。“地址传递”是逻辑上的说法，强调 传递的是地址，而不是数据本身。数据本质上还是值传递。

当使用数组作为函数的形参时，通常需要额外传递一个参数表示数组的元素个数。这是因为：

1. 数组形参退化为指针 在函数参数传递时，数组名会退化为指向其首元素的指针（即int arr[] 等价于 int *arr ），因此函数内部无法直接获取数组的实际长度。

1. 防止越界访问 由于形参仅知道数组的首地址，而不知道数组的实际大小，如果不传递元素个数，函数内部可能因错误计算或循环导致 数组下标越界（访问非法内存），引发未定义行为（如程序崩溃、数据损坏）。

1. 通用性 即使实参数组的声明长度固定（如 int a[10] ），函数仍应接收元素个数参数，因为函数可能需要处理不同长度的数组（例如动态数组或部分填充的数组）。

例：

 #include <stdio.h>/*** 定义一个函数，将数组作为参数*/void fun(int arr[], int len) // 数组传参会被降级为指针，实际传递的是地址值{for (int i = 0; i < len; i++) printf("%-4d",arr[i]);        printf("\n");}void main(){int arr[] = {11,22,33,44,55};int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);fun(arr,len);}

但有一个例外，如果是用字符数组做形参，且实参数组中存放的是字符串数据（形参是字符数组，实参是字符串常量）。则不用表示数组个数的形参，原因是字符串本身会添加自动结束标志 \0

#include <stdio.h>/*** 定义一个函数，传递一个字符串*/void fun(char arr[]){char c;int i = 0;while((c = arr[i]) != '\0') // arr[i] → arr + i{printf("%c",c);i++;}}void main(){fun("hello world");}

为什么**sizeof不能用于形参数组？**在函数内部，sizeof(arr)返回的是指针的大小（32位系统返回4字节，64位系统返回8字节）

void printSize(int arr[]){printf("%zu\n",sizeof(arr)); // 输出的是指针的大小（8字节），而非数组大小}

例：有两个数组ａ和ｂ，各有5个元素，将它们对应元素逐个地相比。

（即ａ[0]与ｂ[0]比，ａ[1]与ｂ[1]比……）。如果ａ数组中的元素大于ｂ数组中的相应元素的数目多于b数组中元素大于a数组中相应元素的数目(例如，a[i]>b]i]6次，b[i]>a[i] 3次，其中i每次为不同的值)，则认为a数组大于b数组，并分别统计出两个数组相应元素大于、等于、小于的个数。

 #include <stdio.h>​#define LEN 5​/*** 定义一个函数，实现两个数字的比较* @param x,y 参与比较的两个数字* @return x>y--> 1, x<y-->-1, x==y-->0*/int get_large(int x, int y){int flag = 0;if (x > y) flag = 1;else if (x < y) flag = -1;return flag;}int main(int argc,char *argv[]){// 定义a,b两个测试数组int a[LEN] = {12,12,10,18,5};int b[LEN] = {111,112,110,8,5};int max = 0, min = 0, k = 0;// 遍历数组，进行比较for (int i = 0; i < LEN; i++){// 同一位置两个数比较int res = get_large(a[i], b[i]);if (res == 1) max++;else if (res == -1) min++;else k++;}printf("max=%d,min=%d,k=%d\n", max, min, k);return 0;}

例：需求：编写一个函数，用来分别求数组score_1（有5个元素）和数组score_2（有10个元素）各元素的平均值 。

#include <stdio.h>/*** 定义一个函数，求一个数组的平均值*/float get_avg(float scores[], int len){int i;float aver, sum = scores[0]; // 平均值，总分// 遍历数组for (i = 1; i < len; i++) sum += scores[i];// 求平均分aver = sum / len;return aver;}​int main(int argc,char *argv[]){// 测试数组float scores1[] = {77,88,99,66,57};float scores2[] = {67,87,98,78,67,99,88,77,77,67};int len = sizeof(scores1) / sizeof(scores1[0]);int len2 = sizeof(scores2) / sizeof(scores2[0]);printf("%6.2f,%6.2f\n", get_avg(scores1, len),get_avg(scores2, len2));return 0;}

例：编写一个函数，实现类似strcpy的效果

#include <stdio.h>/*** 自定义一个字符串拷贝函数* @param source 源数组* @param dest 需要替换的字符串*/void _strcpy(char source[], const char dest[]){// 遍历源数组，以源数组的大小作为循环for (int i = 0; source[i] != '\0'; i++){// 获取dest相应位置的字符source[i] = dest[i];}}​int main(int argc,char *argv[]){char str[] = "hello world!";printf("%s\n", str);_strcpy(str,"hi xiaofan!");printf("%s\n", str);_strcpy(str,"小凡");printf("%s\n", str);return 0;}

变量的作用域

我们在函数设计的过程中，经常要考虑对于参数的设计，换句话说，我们需要考虑函数需要几个参数，需要什么类型的参数，但我们并没有考虑函数是否需要提供参数，如果说函数可以访问到已定义的数据，则就不需要提供函数形参。那么我们到底要不要提供函数形参，取决于什么？答案就是变量的作用域（如果函数在变量的作用域范围内，则函数可以直接访问数据，无需提供形参）

变量作用域

概念：变量的作用范围，也就是说变量在什么范围有效。

变量的分类

根据变量的作用域不同，变量可以分为：

全局变量

说明：定义在函数之外，也称之为外部变量或者全程变量。

作用域：从全局变量定义到本源文件结束。

初始值：整型和浮点型，默认值是0；字符型，默认值是\0；指针型，默认值NULL

 int num1; // 全局变量，num1能被fun1、fun2、main共同访问void fun1(){}int num2; // 全局变量，num2能被fun2、main共同访问void fun2(){}void main(){}int num3; // 全局变量，不能被任何函数访问

局部变量

 // a,b就是形式参数（局部变量）int add(int a, int b){return a + b;}​int add2(int a, int b){// z就是函数内定义的变量（局部变量）int z = a + b;return z;}​int list(int arr[], int len){// i就是for循环表达式1的变量（局部变量）for(int i = 0; i < len; i++){// num就是复合语句中定义的变量（局部变量）int num = arr[i];}}

使用全局变量的优缺点：

优点：

1. 利用全局变量可以实现一个函数对外输出的多个结果数据。

2. 利用全局变量可以减少函数形参的个数，从而降低内存消耗，以及因为形参传递带来的时间消耗。

缺点：

1. 全局变量在程序的整个运行期间，始终占据内存空间，会引起资源消耗。

2. 过多的全局变量会引起程序的混乱，操作程序结果错误。

3. 降低程序的通用性，特别是当我们进行函数移植时，不仅仅要移植函数，还要考虑全局变量。

1. 违反了“高内聚，低耦合”的程序设计原则。

总结：

我们发现弊大于利，建议尽量减少对全局变量的使用，函数之间要产生联系，仅通过实参+形参的方式产生联系。

注：

如果全局变量和局部变量同名，程序执行的时候，就近原则（区分作用域

 int a = 10; // 全局变量 全局作用域int main(){int a = 20; // 局部变量 函数作用域printf("%d\n", a); // 20 就近原则for (int a = 0; a < 5; a++) // 局部变量 块作用域{printf("%d", a); // 0 1 2 3 4 就近原则}printf("%d\n",a); // 20 就近原则}

变量的生命周期

概念：变量在程序运行中的存在时间（内存申请到内存释放的时间）

根据变量存在的时间不同，变量可分为静态存储方式和动态存储方式

变量的存储类型

语法：

变量的完整定义格式： [存储类型] 数据类型 变量列表;

存储类型：

auto

auto存储类型只能修饰局部变量，被auto修饰的局部变量是存储在动态存储区（栈区和堆区）的。auto也是局部变量默认的存储类型。

int main(){int a;int b;// 以下写法等价于上面写法auto int a;auto int b;int a,b;// 以下写法等价于上面写法auto int a,b;}

static

修饰局部变量：局部变量会被存储在静态存储区。局部变量的生命周期被延长。但是作用域不发生改变，不推荐

修饰全局变量：全局变量的生命周期不变，但是作用域衰减，一般限制全局变量只能在本源文件内访问，其他文件不可访问。

修饰函数：被static修饰的函数，只能被当前文件访问,其他引用该文件的文件是无法访问的,有点类似于java中private

extern

外部存储类型：只能修饰全局变量，此全局变量可以被其他文件访问，相当于扩展了全局变量的作用域。

extern修饰外部变量，往往是外部变量进行声明，声明该变量是在外部文件中定义的。起到一个标识作用。函数同理。

#include "demo01.h"int fun_a = 10;int fun1(){..}#include "demo01.h"// 声明访问的外部文件的变量extern int fun_a;// 声明访问的外部文件的函数extern int fun1();int fun2();

register

寄存器存储类型：只能修饰局部变量，用register修饰的局部变量会直接存储到CPU的寄存器中，往往将循环变量设置为寄存器存储类型（提高读的效率）

for (register int i = 0; i < 10; i++){...}

面试题

static**关键字的作用**

1. static修饰局部变量，延长其生命周期，但不影响局部变量的作用域。

2. static修饰全局变量，不影响全局变量的生命周期，会限制全局变量的作用域仅限本文件内使用(私有化)；

1. static修饰函数：此函数就称为内部函数，仅限本文件内调用（私有化）。 static int funa(){..}

内部函数和外部函数

内部函数：使用static修饰的函数，称作内部函数，内部函数只能在当前文件中调用。

外部函数：使用extern修饰的函数，称作外部函数，extern是默认的，可以不写（区

分编译环境），也就是说本质上我们所写的函数基本上都是外部函数，建议外部函数

在被其他文件调用的时候，在其他文件中声明的时候，加上extern关键字，主要是提

高代码的可读性。