文章目录

1. 函数是什么？
2. C语言中函数的分类：
- 1. 库函数：
- 2. 自定义函数
3. 函数的参数
- 3.1 实际参数（实参）
- 3.2 形式参数（形参）
4. 函数的调用：
- 4.1 传值调用
- 4.2 传址调用
- 4.3 练习
5. 函数的嵌套调用和链式访问
- 5.1 嵌套调用
- 5.2 链式访问
6. 函数的声明和定义
- 6.1 函数声明
- 6.2 函数的定义
7. 函数递归
- 7.1 什么是递归？
- 7.2 递归的两个必要条件
- - 7.2.1 练习1：接受一个整型值（无符号），按顺序打印每一位
  - 7.2.2 练习2：字符串的长度
- 7.3 递归与迭代
- - 7.3.1 练习1：递归实现n的阶乘
  - 7.3.2 练习2：递归实现斐波那契数列
小结

1. 函数是什么？

数学中我们常见到函数的概念。但是你了解C语言中的函数吗？

维基百科中对函数的定义：子程序

在计算机科学中，子程序（英语：Subroutine, procedure, function, routine, method, subprogram, callable unit），是一个大型程序中的某部分代码，由一个或多个语句块组成。它负责完成某项特定任务，而且相较于其他代码，具备相对的独立性。

一般会有输入参数并有返回值，提供对过程的封装和细节的隐藏。这些代码通常被集成为软件库。

2. C语言中函数的分类：

库函数

自定义函数

1. 库函数：

为什么会有库函数？

我们知道在我们学习C语言编程的时候，总是在一个代码编写完成之后迫不及待的想知道结果，想把这个结果打印到我们的屏幕上看看。这个时候我们会频繁的使用一个功能：将信息按照一定的格式打印到屏幕上（printf）。
在编程的过程中我们会频繁的做一些字符串的拷贝工作（strcpy）。
在编程是我们也计算，总是会计算n的k次方这样的运算（pow）。

像上面我们描述的基础功能，它们不是业务性的代码。我们在开发的过程中每个程序员都可能用的到，为了支持可移植性和提高程序的效率，所以C语言的基础库中提供了一系列类似的库函数，方便程序员进行软件开发。

那怎么学习库函数呢？

我们可以学习官方文档，比如：cplusplus.com

注：

使用库函数，必须包含 #include 对应的头文件。

2. 自定义函数

如果库函数能干所有的事情，那还要程序员干什么？

所以更加重要的是自定义函数。

自定义函数和库函数一样，有函数名，返回值类型和函数参数。

但是不一样的是这些都是我们自己来设计。这给程序员一个很大的发挥空间。函数的组成：

ret_type fun_name(para1, * )
{statement;//语句项
}

ret_type 返回类型
fun_name 函数名
para1 函数参数

我们可以把函数看作是一个工厂，函数的参数是工人，函数的返回类型则是加工出的产品。

每个工厂都有不同的名字，所以有多样的函数名。
工厂里的工人有不同的技能，所以函数有着不同的类型。
每个工厂生产的产品不同，所以函数的返回类型多样。

我们举一个例子：

写一个函数可以找出两个整数中的最大值。

#include <stdio.h>
//get_max函数的设计，返回两个数中的最大值。
int get_max(int x, int y)
{return (x>y)?(x):(y);
}int main()
{int n1 = 10;  int n2 = 20;int max = get_max(n1, n2); printf("max = %d\n", max);return 0;
}

再举个例子：

写一个函数可以交换两个整形变量的内容。

#include <stdio.h>//但是不能完成任务 
//形式参数
void Swap1(int x, int y)
{int tmp = 0;tmp = x;x = y;  y = tmp;
}//正确的版本
void Swap2(int* px, int* py)
{int tmp = 0; tmp = *px; 	//保存n1d*px = *py;	//n1 = n2*py = tmp;	//n2 = n1
}int main()
{int n1 = 10; int n2 = 20;//n1,n2叫做实参Swap1(n1, n2);printf("Swap1::n1 = %d n2 = %d\n", n1, n2);	//打印Swap1::n1 = 10 n2 = 20 Swap2(&n1, &n2);printf("Swap2::n1 = %d n2 = %d\n", n1, n2);	//打印Swap2::n1 = 20 n2 = 10 return 0;
}

实参传递给形参的时候，形参是实参的一份临时拷贝，对形参的修改不会影响实参。

3. 函数的参数

3.1 实际参数（实参）

真实传给函数的参数，叫实参。

实参可以是：常量、变量、表达式、函数等。

无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参。

3.2 形式参数（形参）

形式参数是指函数名后括号中的变量，因为形式参数只有在函数被调用的过程中才实例化（分配内存单元），所以叫形式参数。

形式参数在函数调用完成之后就自动销毁了。因此形式参数只在函数中有效。

上面 Swap1 和 Swap2 函数中的参数x，y，px，py 都是形式参数。在main函数中传给 Swap1 的 num1 ，num2 和传给 Swap2 函数的 &num1 ， &num2 是实际参数。这里我们对函数的实参和形参进行分析：

代码对应的内存分配如下：

这里可以看到 Swap1函数在调用的时候， x ， y 拥有自己的空间，同时拥有了和实参一模一样的内容。

所以我们可以简单的认为：形参实例化之后其实相当于实参的一份临时拷贝。

4. 函数的调用：

4.1 传值调用

传值，就是把你的变量的值传递给函数的形式参数，实际就是用变量的值来新生成一个形式参数，函数的形参和实参分别占有不同的内存块，对形参的修改不会影响实参。

4.2 传址调用

传址调用是把函数外部创建变量的内存地址传递给函数参数的一种调用函数的方式。

这种传参方式可以让函数和函数外边的变量建立起真正的联系，也就是函数内部可以直接操作函数外部的变量。

用代码介绍：

#include<stdio.h>
void change(int* a, int b, int c)
{c=*a;b=30;*a=20;
}
int main ( )
{int a=10, b=20, c=30;change(&a,b,c);	//只有a的值改变了printf("%d,%d,%d",a,b,c)；return 0；}

结果：20 30 30

解析：

a是传址调用，取a的地址传给形参，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行操作。
b和c是传值调用，形参是实参的拷贝，改变形参的值并不会影响外部实参的值。函数调用结束后，形参创建的空间销毁。从被调用函数的角度来说，值传递是单向的（实参->形参），参数的值只能传入，不能传出。

4.3 练习

1.写一个函数可以判断一个数是不是素数。

2.写一个函数判断一年是不是闰年。

3.写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找。

4.写一个函数，每调用一次这个函数，就会将 num 的值增加1。

函数的编写应该先想好怎么用

1.写一个函数可以判断一个数是不是素数。

#include<stdio.h>
#include<math.h>
int is_prime(int n)
{int j =0;for(j = 2; j<=sqrt(n),j++){if(n%j == 0);{return 0;}}return 1;
}
int main()
{int i = 0;int count = 0;for(i = 101; i<=200; i+=2){if(is_prinme(i)){print("%d",i);count++;}}printf("\ncount = %d\n",count);return 0;
}

2.写一个函数判断一年是不是闰年。

int is_leap_year(int year)
{if(((0 == year % 4) && (0!= year % 100)) ||(0 == year % 400) )return 1;elsereturn 0;
}
int main()
{int year = 0;for(year = 1000; year<= 2000; year++){/*if(0 == year % 4){if(0 != year % 100){printf("%d", year);}}if(0 == year % 400){printf("%d",year);}*/if(is_leap_year(year)){printf("%d", year);}}return 0;
}

3.写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找。

int binary_search(int arr[],int k, int sz)
{int left = 0;int right = sz - 1;while(left <= right){int mid = left + (left -right)/2;if(arr[mid] < k){left = mid + 1;}else if(arr[mid] > k){right = mid - 1;}else{return mid;   //找到了返回下标}}return -1;	//找不到返回-1
}
int main()
{int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int k = 7;int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//找到了返回下标//找不到返回-1int ret = binary_search(arr,k，sz);if(-1 == ret)printf("找不到\n");else{printf("找到了，下标是：%d\n",ret);}return 0;
}

数组传参实际上传递的是数组首元素的地址，而不是整个数组。形参int arr[]的arr是一个指针变量，arr里面放的是数组首元素的地址，sizeof计算的是变量空间开辟的大小，指针变量的空间是4/8，arr[0]则是解引用找到了int类型的数据，大小为4。

所以在函数内部计算一个函数参数部分的数组的元素个数是不靠谱的

形参看上去是数组，本质是指针变量 arr[1] == *(arr+1)

4.写一个函数，每调用一次这个函数，就会将 num 的值增加1。

void Add(int *p)
{(*p)++;
}
int Add(int n)
{return n+1;
}
int main()
{int num = 0;//调用函数，使得num每次增加1 Add(&num);printf("%d\n", num);num = Add(num);printf("%d\n", num);return 0;
}

5. 函数的嵌套调用和链式访问

函数和函数之间可以根据实际的需求进行组合的，也就是互相调用的。

5.1 嵌套调用

#include <stdio.h>  
void new_line()
{printf("hehe\n");
}
void three_line()
{int i = 0;  for(i=0; i<3; i++){new_line();}
}
int main()
{three_line();  return 0;
}

函数可以嵌套调用，但是不能嵌套定义。不能在函数里定义函数。

下面是错误的嵌套定义

int Add(int x,int y)
{return x+y;int Sub(int x,int y)//错误的嵌套定义{return x-y;}
}
int main()
{return 0;
}

5.2 链式访问

把一个函数的返回值作为另外一个函数的参数。

#include <stdio.h>  
#include <string.h>int main()
{char arr[20] = "hello";int ret = strlen(strcat(arr,"abcdef"));//这里介绍一下strlen函数 printf("%d\n", ret);return 0;
}#include <stdio.h>  
int main()
{printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));//结果是啥？4321//注：printf函数的返回值是打印在屏幕上字符的个数  return 0;
}

函数不写返回类型的时候，默认返回类型是int

6. 函数的声明和定义

6.1 函数声明

编译器从上往下扫描

1.告诉编译器有一个函数叫什么，参数是什么，返回类型是什么。但是具体是不是存在，函数声明决定不了。

2.函数的声明一般出现在函数的使用之前。要满足先声明后使用。

3.函数的声明一般要放在头文件中的。

源文件包含头文件相当于将头文件的内容拷贝到源文件里。

6.2 函数的定义

函数的定义是指函数的具体实现，交待函数的功能实现。

test.h头文件的内容

放置函数的声明

声明只要有返回类型、函数名、参数类型即可

#ifndef  TEST_H 	
#define  TEST_H 	
//函数的声明
int Add(int, int);
int Add(int x, int y);#endif // TEST_H

test.c 源文件的内容

放置函数的实现

#include "test.h"
//函数Add的实现
int Add(int x, int y)
{return x+y;
}

7. 函数递归

7.1 什么是递归？

序调用自身的编程技巧称为递归（ recursion）。

递归做为一种算法在程序设计语言中广泛应用。一个过程或函数在其定义或说明中有直接或间接调用自身的

一种方法，它通常把一个大型复杂的问题层层转化为一个与原问题相似的规模较小的问题来求解，递归策略

只需少量的程序就可描述出解题过程所需要的多次重复计算，大大地减少了程序的代码量。

递归的主要思考方式在于：把大事化小

7.2 递归的两个必要条件

存在限制条件，当满足这个限制条件的时候，递归便不再继续。
每次递归调用之后越来越接近这个限制条件。
比如：想要到达一个出口就要设置出口和达到出口的方法

7.2.1 练习1：接受一个整型值（无符号），按顺序打印每一位

接受一个整型值（无符号），按照顺序打印它的每一位。

例如：

输入：1234，输出 1 2 3 4.

参考代码：

//%d 是打印有符号的整数（有正负数）
//%u 是打印无符号的整数
int main()
{unsigned int num = 0;scanf("%u",&num);while(num){print("%d ",num % 10);num /= 10;}//打印出来4 3 2 1return 0;
}

怎么让上述代码打印1 2 3 4呢？除了保存这些数再倒着打印以外，还可以使用递归

void print(int num)
{if(n > 9){print(n / 10);}print("%d ", n % 10); //再次调用自己
}int main()
{unsigned int num = 0;scanf("%u",&num);print(num);return 0;
}

7.2.2 练习2：字符串的长度

编写函数不允许创建临时变量，求字符串的长度。

参考代码：

#incude <stdio.h>
int Strlen(const char*str)
{if(*str == '\0') return 0;elsereturn 1+Strlen(str+1);
}
/*不适用递归的写法
int Strlen(const char*str)	//参数部分写成指针的形式
{int count = 0;	//计数，临时变量while(*str != '\0'){count++;str++;	//找下一个字符}return count;
}
*/
int main()
{char *p = "abc";  //[a b c \0]int len = Strlen(p); printf("%d\n", len);  return 0;
}

7.3 递归与迭代

7.3.1 练习1：递归实现n的阶乘

求n的阶乘。（不考虑溢出）

参考代码：

int factorial(int n)
{if(n <= 1)return 1; elsereturn n * factorial(n-1);
}

7.3.2 练习2：递归实现斐波那契数列

求第n个斐波那契数。（不考虑溢出）

参考代码：

int fib(int n)
{if (n <= 2)return 1; elsereturn fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

但是我们发现有个问题；

在使用 fib 函数的时候如果我们要计算第50个斐波那契数字的时候特别耗费时间。如果使用 factorial 函数求10000的阶乘（不考虑结果的正确性），程序会崩溃。

为什么呢？

我们发现 fib 函数在调用的过程中很多计算其实在一直重复。如果我们把代码修改一下：

int count = 0;//全局变量 
int fib(int n)  //n = 40
{if(n == 3)	//算一下fib(3)算了多少次count++;  if (n <= 2)return 1;  elsereturn fib(n - 1) + fib(n - 2);
}

最后我们输出得到的count，是一个很大很大的值。

那我们如何改进呢？

在调试 factorial 函数的时候，如果你的参数比较大，那就会报错： stack overflow(栈溢出) 这样的信息。
系统分配给程序的栈空间是有限的，但是如果出现了死循环，或者（死递归），这样有可能导致一直开辟栈空间，最终产生栈空间耗尽的情况，这样的现象我们称为栈溢出。

那如何解决上述的问题：

将递归改写成非递归。
使用static静态对象替代 nonstatic 局部对象。在递归函数设计中，可以使用 static 对象替代nonstatic 局部对象（即栈对象），这不仅可以减少每次递归调用和返回时产生和释放 nonstatic 对象的开销，而且static对象还可以保存递归调用的中间状态，并且可为各个调用层所访问。

比如，下面代码就采用了，非递归的方式来实现：

//求n的阶乘
int factorial(int n)
{int result = 1;  while (n > 1){result *= n ; n -= 1;}return result;
}
//求第n个斐波那契数  
int fib(int n)
{int a = 1;  //fib(1)int b = 1;	//fib(2)int c = 1;  //最后的结果；赋值为1：若n为1或2直接返回；while (n >= 3){c = a + b;a = b;b = c;n--;}return c;
}