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C语言：函数

news 2025/7/28 7:07:03

函数

函数的概述

函数：实现一定功能的，独立的代码模块，对于函数的使用，一定是先定义，后使用。
使用函数的优势：
① 我们可以通过函数提供功能给别人使用。当然我们也可以使用别人提供的函数，减少代码量。
② 借助函数可以减少重复性的代码。
③ 实现结构化（模块化：C语言中的模块化其实就是多文件+函数）程序设计思想。
关于结构化设计思想：将大型的任务功能划分为相互独立的小型的任务模块来设计（多文件 + 函数）
函数的作用： (1) 代码复用：避免重复编写相同功能的代码。 (2) 模块化设计：将复杂程序拆分成多个小功能模块，每个函数负责一个独立任务，使代码逻辑结构更加清晰。 (3) 便于维护和调试：单个函数功能单一，出现问题容易定位和修改，不需要改动整个程序。 (4) 提高开发效率：便于多人协同开发时，分工明确，编写不同函数，最终组合成完整程序
函数是C语言程序的基本组成单元：
C语言程序必须包含一个main函数，可以包含零个或多个其他函数。

函数的分类

按来源分：
- 库函数：C语言标准库实现的并提供使用的函数，如：scanf()、printf()、fgets()、fputs()、strlen()...
- 自定义函数：需要程序员自行实现，开发中大部分函数都是自定义函数。
按参数分：
- 无参函数：函数调用时，无需传递参数，可有可无返回值，如：show_all();
- 有参函数：函数调用时，需要参数传递数据，经常需要配套返回值来使用，如：printf("%d\n", 12);
按返回值分：
- 有返回值函数：函数执行后返回一个值，如： if (scanf("%d", &num) != 1)
- 无返回值函数（void）：函数仅执行操作，不返回值
从函数调用的角度分：
- 主调函数：主动去调用其他函数的函数。（main函数只能作为主调函数）
- 被调函数：被其他函数调用的函数。
- 举例：
```
 // 主调函数int main(){// 被调函数printf("hello world!\n");}
```
  注意：很多时候，尤其是对于自定义函数，一个函数有可能既是主调函数，又是被调函数。
```
 int fun_b(){printf("函数B\n");}// fun_a是主调函数int fun_a(){printf("函数A\n");// fun_b是背调函数fun_b();}int main(){// fun_a是被调函数fun_a();}
```
  以上案例中，fun_a()相对fun_b()来说是主调函数，同时对于main()函数来说，他又是被调函数。

函数的定义

定义

语法：

 [返回类型] 函数名([形参列表])       -- 函数头 | 函数首部{函数体语句;                   -- 函数体：整个{}包裹的内容都属于函数体，函数的{}不能省略}

函数头：

返回类型：函数返回值的类型
函数名：函数的名称，遵循标识符命名（不能以数字开头，只能包含大小写字母、下换线、数字。建议：小写+下划线，举例： $showAll()$ ，或者小驼峰命名法，第一个单词首字母小写，其他单词首字母大写，举例： $showAll()$
形参列表：用于接收主调函数传递的数据，如果有多个参数，使用,分隔，切每一个形参都需要指明类型。

小贴士：
① 形参：主调函数给被调函数传递数据：主调函数 → 被调函数
② 返回值：被调函数给主调函数返回数据：被调函数 → 主调函数
通过生活中的案例理解函数调用：
假设：饮料店的工作人员通过榨汁机榨取新鲜果汁
理解：
工作人员：主调函数
榨汁机：被调函数
水果：传递的参数
果汁：函数的返回值
工作人员向榨汁机放入一个水果：主调函数调用被调函数，并传递数据
工作人员用杯子接收榨汁机榨出的果汁：主调函数接收被调函数返回的数据

说明：

函数的返回值：就是返回值的类型，两个类型可以不同，但是必须能够进行转换，举例：

 double fun_a()  // 函数的返回类型是：double{return 12;  // 函数的返回值是：int}// 分析：此时需要转换，函数在执行的时候，会自动提升int的类型为double，此时属于隐式转换，正常转换，以上正确int[] fun_b()   // 函数的返回类型是：int[]{return 12;  // 函数的返回值是：int}// 分析：此时需要提升int的类型为int[]，int不能转换为int[]，以上错误！int fun_c()     // 函数的返回类型是：int{return 12.5;// 函数的返回值是：double}// 分析：此时需要将double类型转换为int类型，浮点型转整型，会丢失小数部分，保留整数位，以上正确

大家可以这样理解（非官方）：
大家可以将函数的返回类型理解为变量的类型，将函数的返回值理解为变量的值。

范例：

 /*************************************************************************> File Name:    demo01.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年03月14日 星期五 11时02分55秒************************************************************************/#include <stdio.h>double fun_a(){return 12;// 就是将int类型的12赋值给double类型的匿名变量 int --> double}int fun_b(){return 12.5;// 就是将double类型的12.5赋值给int类型的匿名变量 double --> int 此时会舍弃掉小数部分}double fun_c(){return 12.5;  // 就是将double类型的12.5赋值给double类型的匿名变量 double --> double}int main(int argc,char *argv[]){// 接收函数返回值，函数返回什么类型，就用什么类型接收double result1 = fun_a();// 主调函数使用double来接收被调函数返回的double，double --> doubleprintf("%lf\n",result1);int result2 = fun_b();  // 主调函数使用int来接收被调函数返回的int，int --> intprintf("%d\n",result2);int result3 = (int)fun_c();  // 主调函数使用int来接收被调函数返回的double，int  --> (int)doubleprintf("%d\n",result3);return 0;}

在C语言中无返回值时应明确使用 $void$ 类型（空类型/无类型），举例：

 void test() // 此时这个函数，没有返回值，如果需要提前结束函数，写法：return;{printf("hello world!\n");}// 下面写法等价于上面写法void test(){printf("hello world!\n");return; // 一般，这个return;省略不写}

在C语言中，C89标准允许函数的返回类型标识符可以省略，如果省略，默认返回int。C99/C11标准要求必须明确指定返回类型，不再支持默认int类型，举例：

 // 写法1：（C89标准），main的返回类型是int类型，默认返回值是0，等价于写法2   不推荐main(){...}// 写法2：（C99后推荐），等价于上面写法int main(){return 0;}

函数中返回语句的形式为return(表达式)或者return 表达式

 // 写法1int main(){return(0);}// 写法2int main(){return 0;}

如果参数列表中有多个参数，则它们之间要用,分隔；即使它们的类型相同，在形式参数中只能逐个进行说明，举例：

 // 正确举例int avg(int x, int y, int z){...}// 错误举例int avg(int x, y, z){...}

如果形参列表中没有参数，我们可以不写，也可以用void标识，举例：

 // 写法1：推荐int main(){...}// 写法2：int main(void){...}

C89开始，提供了变长参数，也就是一个函数的参数个数可以是不确定的。需要引入 <stdarg.h>，扩展：

语法：

 [返回类型] 函数名(参数列表, ...){...}

举例：

 #include <stdio.h>#include <stdarg.h>// 计算n个整数的平均值double average(int n, ...) { // ...只能放在 具体的参数列表的后面va_list args;       // 声明参数列表对象int sum = 0;va_start(args, n);  // 初始化参数列表，n是最后一个固定参数// 遍历所有可变参数for (int i = 0; i < n; i++) {// 获取一个int类型的参数sum += va_arg(args, int);}va_end(args);       // 清理参数列表return (double)sum / n;}int main() {printf("平均值: %.2f\n", average(3, 10, 20, 30));   // 20.00printf("平均值: %.2f\n", average(5, 1, 2, 3, 4, 5)); // 3.00return 0;}

案例

案例1

需求：计算1~n之间自然数的阶乘值

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo02.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月22日 星期二 11时01分36秒************************************************************************/#include <stdio.h>/*** 定义一个函数，实现1～n之间的阶乘计算* @param n：阶乘上限* @return n的阶乘值*/ size_t fun_1(int n){int i;  // 循环变量size_t s = 1; // 阶乘值，初始值是1for (i = 1; i <= n; i++) s *= i;return s;}int main(int argc,char *argv[]){printf("1~12的阶乘结果是：%lu\n", fun_1(12));printf("1~20的阶乘结果是：%lu\n", fun_1(20));printf("1~30的阶乘结果是：%lu\n", fun_1(30));printf("1~40的阶乘结果是：%lu\n", fun_1(40));return 0;}

运行结果：

注意：这里计算结果为0，是因为数据太大，超过int存储范围，高位数据丢失，低位数据转出来为0，建议使用 $unsigned$ 类型。

案例2

需求：计算一个圆台两个面的面积之和。

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo03.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月22日 星期二 11时24分18秒************************************************************************/#include <stdio.h>#include <math.h>#define PI 3.1415926/*** 定义一个函数：实现圆的面积计算* @param r：圆的半径* @return 圆的面积*/ double cicle_area(double r){// return PI * r * r;return PI * pow(r,2.0); // pow(底数,指数)；编译需要加 -lm}int main(int argc,char *argv[]){// 定义两个半径，两个面积double r1,r2,area1,area2;printf("请输入两个圆的半径：\n");scanf("%lf,%lf", &r1, &r2);// 计算面积area1 = cicle_area(r1);area2 = cicle_area(r2);printf("一个圆台两个面的面积之和是%lf\n", area1 + area2);return 0;}

编译命令

gcc demo03.c -lm

形参和实参

形参（形式参数）

定义

函数定义时指定的参数，形参是用来接收数据的。函数定义时，系统不会为形参申请内存，只有当函数调用时，系统才会为形参申请内存。主要用于存储实际参数，并且当函数返回时（执行return）,系统会自动回收为形参申请的内存资源。

C语言中所有的参数传递都是值传递。
若要修改实参，需要传递指针，指针传递本质上也是值传递（后续章节讲）。

案例

需求：判断一个数是偶数还是奇数
代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo04.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月22日 星期二 14时17分13秒************************************************************************/#include <stdio.h>/*** 方式1*/ 
void fun1(int n) // 这里的n就是形参
{if (n % 2 == 0){printf("%d是偶数！\n", n);return; // 提前结束函数，后续代码不再执行}printf("%d是奇数！\n", n);
}/*** 方式2*/ 
int fun2(int n)
{if (n % 2 == 0){printf("%d是偶数！\n", n);return -1;}printf("%d是奇数！\n", n);return 0;
}int main(int argc,char *argv[])
{fun1(5);fun2(5);return 0;
}

实参（实际参数）

定义

实参是函数调用时由主调函数传递给被调函数的具体的数据。实参可以是常量、变量、表达式、带有返回值的函数等。

关键特性

类型多样性：

实参可以是常量、变量或者表达式...。

例如：

fun(12);      // 常量作为实参
fun(a);       // 变量作为实参
fun(a + 12);  // 表达式作为实参
fun(func());  // 带有返回值的函数作为实参

类型转换：
- 当实参和形参类型不同时，会按照赋值规则进行类型转换。
- 类型转换可能导致精度丢失。
- 例如：
```
#include <stdio.h>/*** 求一个数的绝对值*/
double fabs(double a)
{return a < 0 ? -a : a;
}int main()
{int x = 12, y = -12;int x1 = (int)fabs(x);  // x会被隐式转换为double，fabs返回的是double类型数据int y1 = (int)fabs(y);
}
```
  注意：函数调用的时候，通过实参给形参赋值。形参类似于变量，实参类似于变量的值。
  函数调用时：
  主调函数通过实参给被调函数的形参赋值，可理解为：将主调函数的值赋值给被调函数的变量。
  函数返回时：
  被调函数通过返回值给主调函数赋值，可理解为：将被调函数的值赋值给主调函数的变量。

单向值传递：

C语言采用单向值传递机制（赋值的方向：实参 → 形参）
实参仅将其值赋值给形参，不传递实参本身。
形参值的改变不会影响实参。

案例：

int modify(int n) // n的变量地址：0x11
{n = 20;  // 修改 0x11这个空间的数据位20  n = 20return n;
}int main()
{int n = 10;   // n的变量地址：0x21modify(n);    // 将0x21中的数据赋值给0x11这个空间printf("%d\n", n); // 10
}

内存独立性
- 实参和形参在内存中占据不同的空间
- 形参拥有独立的内存地址

演示

#include <stdio.h>int fun(int n)  // n是形参
{printf("形参n的值：%d\n", n);n += 5; // 修改形参的数据return n;
}int main()
{int a = 10;printf("调用前实参a的值：%d\n", a); // 10// 变量作为实参int res = fun(a); // a 是实参printf("调用前实参a的值：%d\n", a); // 10printf("函数返回值：%d\n", res);   // 15// 常量作为实参fun(12);   //字面量12作为实参// 表达式作为实参fun(a + 12); // 表达式作为实参return 0;
}

上述示例程序会输出：

  调用前实参a的值: 10形参n的值: 10调用后实参a的值: 10函数返回值: 15形参n的值: 12形参n的值: 22

案例

需求：输入4个整数，要求用一个函数求出最大数。
分析：
- 设计一个函数，这个函数只求2个数的最大数
- 多次复用这个函数实现最终的求值
代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo05.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月22日 星期二 15时35分40秒************************************************************************/#include <stdio.h>/*** 定义一个函数，求2个数的最大值* @param x，y：参与比较的整数* @return 返回最大值*/ 
int get_max(int x, int y)
{return x > y ? x : y;
}int main(int argc,char *argv[])
{// 定义4个变量，用来接收控制台输入int a,b,c,d;// 定义一个变量，存储最大值int max;printf("请输入4个整数:\n");scanf("%d%d%d%d", &a, &b, &c, &d);// 求a,b最大值max = get_max(a,b);// 求a,b,c最大值max = get_max(max,c);// 求a,b,c,d最大值max = get_max(max,d);printf("%d,%d,%d,%d中的最大值是%d\n",a,b,c,d,max);return 0;
}

运行结果：

函数的返回值

定义

若不需要返回值，函数可以没有return语句；

// 如果返回类型是void，return关键字可以省略
void fun1()
{...  // return;
}// 这种写法，return关键字也可以省略，但是此时默认返回是 return 0
int fun2()
{...  // return 0;
}// 这种写法，return关键字也可以省略，但是此时默认返回是 return 0
fun3() // 如果不写返回类型，默认返回int，C99/C11之后不再支持省略返回类型
{... // return 0;
}

一个函数中可以有多个return语句，但是同一时刻只有一个return语句被执行。

#include <stdio.h>int eq(int num)
{if (num % 2 == 0) return 0;return 1;
}int main()
{int num = 5;printf("%d是一个%s\n", num, eq(num) == 0 ? "偶数" : "奇数"); // 5是一个奇数
}

返回类型一般情况下要和函数中return语句返回的数据类型一致，如果不一致，要符合C语言中的隐式转换规则。

double add(int a, int b) // 返回类型是double
{return a + b;  // 返回值的类型是int
}// 简化理解：  double add = a + b;

案例

需求：输入两个整数，要求用一个函数求出最大值
实现1：不涉及类型转换

#include <stdio.h>int get_max(int x, int y)
{if (x > y) return x;return y;
}int main()
{int a,b,max;printf("请输入两个整数：\n");scanf("%d%d",&a,&b);max = get_max(a,b);printf("%d,%d中的最大值是%d\n",a,b,max);
}

实现2：设计类型转换-隐式转换

#include <stdio.h>double get_max(int x, int y)  // int隐身转换为double
{if (x > y) return x;return y;
}int main()
{int a,b,max;printf("请输入两个整数：\n");scanf("%d%d",&a,&b);max = (int)get_max(a,b);  // 显示转换printf("%d,%d中的最大值是%d\n",a,b,max);
}

实现3：涉及类型转换-显示转换

#include <stdio.h>int get_max(int x, int y)  // 将double类型转换为int类型，可以隐式转换，也可以显示转换
{double z;z = x > y ? x : y;return (int)z; // 显示转换
}int main()
{int a,b,max;printf("请输入两个整数：\n");scanf("%d%d",&a,&b);max = get_max(a,b);printf("%d,%d中的最大值是%d\n",a,b,max);
}

函数的调用

调用方式

① 函数语句：

test();             // 对于无返回值的函数，直接调用
int res = max(2,4); // 对于有返回值的函数，一般需要在主调函数中接收被调函数的返回值

② 函数表达式：

4 + max(2,4)
scanf("%d", &num) != 1
(c = getchar()) != '\0'

③ 函数参数：

printf("%d", (int)fabs(number)); // 函数作为实参

注意：函数可以作为函数的实参，如果要作为形参，必须使用函数指针。

在一个函数中调用另一个函数具备以下条件：

被调用的函数必须是已经定义的函数。
若使用库函数，应在本文件开头用#include包含其对应的头文件。
若使用自定义函数，自定义函数又在主调函数的后面，则应在主调函数中对被调函数进行声明。声明的作用是把函数名、函数参数的个数和类型等信息通知编译系统，以便于在遇到函数时，编译系统能正确识别函数，并检查函数调用的合法性。

函数的声明

函数调用时，往往要遵循先定义，后使用，但如果我们对函数的调用操作出现在函数定义之前，则需要对函数进行声明。

定义

完整的函数使用分为三部分：

[函数声明]

int max(int x, int y, double z);     // 函数声明只保留函数头，便于编译系统进行检查
int max(int, int, double);           // 函数声明的时候，可以省略形参名称

函数声明如果是在同一个文件，一定要定义在文件中所有函数定义的最前面。如果有对应的.h文件，可以将函数的声明抽取到.h中。

函数定义
```
int max(int x, int y, double z)     // 函数定义时，一定不能省略形参名称
{return x > y ? x : y > z ? y : (int)z;
}
```
函数定义的时候，不能省略形参的数据类型、参数个数、参数名称，位置要和函数声明完全一致。
注意：函数定义时参数列表要和函数声明时的参数列表完全对应，同时函数定义要保留形参名称
函数调用

int main()
{printf("%d\n", max(4,5,6));
}

作用

C语言的函数声明时为了提前告诉编译系统函数的名称、返回类型和参数，这样在函数实际定义之前就能安全调用它，避免编译错误，同时检查参数和返回值是否正确。相当于给编译器一个“预告”，确保代码正确编译和运行。

使用

错误示例：被调函数写在主调函数之后

// 主调函数
int main()
{printf("%d\n", add(12,13));// 编译报错，因为函数未经过声明，编译系统无法检查函数的合法性
}// 被调函数
int add(int x, int y)
{return x + y;
}

正确示例：主调函数写在被调函数之后
```
// 被调函数
int add(int x, int y)
{return x + y;
}// 主调函数
int main()
{printf("%d\n", add(12,13));
}
```
注意：如果函数的调用比较简单，如a函数调用b函数，b函数定义在a函数之前，此时是可以省略函数声明的。

正确演示：被调函数和主调函数无法区分前后，必须要增加函数声明

// 函数声明
void funa(int, int);
void funb(int, int);// 函数定义
void funb(int a, int b)
{...// 函数调用funa();
}void funa(int a, int b)
{...// 函数调用funb();
}int main()
{// 函数调用funa(12,13);
}

声明的方式：
函数头加上分号
int add(int a, int b);
函数头加上分号，可省略形参名称，但不能省略参数类型
int add(int, int);

变量和函数底层工作原理【扩展】

变量的底层执行机制

变量本质是内存中的一块存储空间，其底层处理涉及编译期的符号解析和运行时的内存分配与访问。

编译阶段：符号表与地址映射
- 编译器在编译时会为每个变量创建符号表条目，记录变量名、类型、作用域和内存偏移量（而非实际地址）。
- 对于全局变量和静态变量，编译器会将其分配到数据段（已初始化）或BSS 段（未初始化），并计算其在段内的偏移量。
- 对于局部变量，编译器会记录其在栈帧中的相对位置（基于栈指针的偏移量）。
运行阶段：内存分配与访问
- 全局 / 静态变量：程序加载时，操作系统会将数据段和 BSS 段加载到内存的固定位置，变量的实际地址 = 段起始地址 + 编译期计算的偏移量。
- 局部变量：函数调用时，CPU 会为函数创建栈帧，局部变量的地址 = 栈指针（SP） + 编译期确定的偏移量（通常为负数，因为栈向下生长）。
- 动态变量（malloc）：通过系统调用在堆中分配内存，返回的指针是堆中实际地址，由内存管理模块（如 glibc 的 ptmalloc）维护。
访问变量的底层指令
- 访问变量时，CPU 通过地址计算得到内存地址，再执行加载（load）或存储（store）指令。
- 例如，int a = 5; 会被编译为：计算a的地址，然后执行store 5 到该地址。

函数的底层执行机制

函数的执行本质是指令流的跳转与栈帧管理，涉及函数调用、栈帧创建、参数传递和返回值处理。

编译阶段：函数地址与指令生成
- 编译器将函数体编译为一系列机器指令，存储在代码段（只读），并在符号表中记录函数名与起始地址。
- 函数参数和返回值的传递方式（如栈传递、寄存器传递）由调用约定（如 cdecl、stdcall）决定，编译器会按约定生成对应指令。
函数调用的底层步骤
- 步骤 1：参数入栈 调用者将参数按约定顺序（通常从右到左）压入栈中，或放入指定寄存器（如 x86-64 的部分参数用寄存器传递）。
- 步骤 2：保存返回地址 CPU 将下一条指令的地址（函数调用后的执行点）压入栈中，供函数返回时使用。
- 步骤 3：跳转至函数入口 执行call指令，将程序计数器（PC）设置为函数的起始地址，开始执行函数指令。
- 步骤 4：创建栈帧 函数执行的第一条指令通常是：asm
```
push ebp       ; 保存调用者的栈帧基址
mov  ebp, esp  ; 用当前栈指针作为新栈帧的基址
sub  esp, N    ; 为局部变量分配N字节的栈空间
```
  此时栈帧包含：参数、返回地址、上一个栈帧基址（ebp）、局部变量。
- 步骤 5：执行函数体 按编译生成的指令执行逻辑，访问局部变量（通过ebp偏移）、操作参数（通过ebp正偏移）。
- 步骤 6：返回结果 返回值通常存入指定寄存器（如 x86 的eax，x86-64 的rax），或通过栈传递（大型结构体）。
- 步骤 7：恢复栈帧并返回 执行：asm
```
mov  esp, ebp  ; 释放局部变量的栈空间
pop  ebp       ; 恢复调用者的栈帧基址
ret            ; 弹出返回地址到PC，跳转回调用者
```