10. C语言 函数详解

本章目录:

• • 前言
  • [1. C 语言函数概述](#1. C 语言函数概述)
  • • [1.1 函数的定义与结构](#1.1 函数的定义与结构)
    • [1.2 函数声明](#1.2 函数声明)
    • [1.3 函数调用](#1.3 函数调用)
  • [2. 函数参数传递](#2. 函数参数传递)
  • • [2.1 传值调用](#2.1 传值调用)
    • [2.2 传引用调用（模拟）](#2.2 传引用调用（模拟）)
    • [2.3 引用调用（C++ 特性）](#2.3 引用调用（C++ 特性）)
  • [3. 内部函数与外部函数](#3. 内部函数与外部函数)
  • • [3.1 内部函数](#3.1 内部函数)
    • [3.2 外部函数](#3.2 外部函数)
    • [3.3 示例：多个文件中的函数使用](#3.3 示例：多个文件中的函数使用)
  • [4. 内联函数](#4. 内联函数)
  • • [4.1 什么是内联函数？](#4.1 什么是内联函数？)
  • [5. 函数的递归调用](#5. 函数的递归调用)
  • • [5.1 递归的优缺点](#5.1 递归的优缺点)
  • [6. 总结与最佳实践](#6. 总结与最佳实践)

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前言

在 C 语言中，函数是程序的重要组成部分，它通过将任务划分为多个模块，使得代码更加结构化、可重用、可读性强。本文将从函数的定义、声明、调用、参数传递等多个角度进行详细分析，并结合读者的笔记，提供一些 C 语言函数的最佳实践和应用技巧。

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1. C 语言函数概述

1.1 函数的定义与结构

一个 C 程序通常至少包含一个函数------main()，这是程序的入口函数。除了主函数，我们还可以定义其他辅助函数来执行具体任务，函数的定义格式如下：

return_type function_name(parameter_list) {
    // Function body
}

• 返回类型 ：函数返回值的类型。如果函数不返回值，则使用 void。
• 函数名称：函数的标识符。
• 参数列表：函数接收的输入参数，多个参数之间用逗号分隔。如果没有参数，留空即可。
• 函数主体：包含具体执行的代码。

1.2 函数声明

函数声明（或称为函数原型）是在调用函数之前告知编译器该函数的返回类型、名称及参数列表。声明的作用是确保函数被正确调用。

return_type function_name(parameter_list);

对于以下函数定义：

int max(int num1, int num2) {
    if (num1 > num2) {
        return num1;
    }
    return num2;
}

其声明形式为：

int max(int num1, int num2);

1.3 函数调用

当函数被调用时，程序的控制权会转移到被调用的函数。函数执行完毕后，控制权会返回到调用点。调用时，如果函数有参数，需要传入实际参数。如果函数有返回值，可以将返回值存储在变量中。

int result = max(10, 20); // 调用函数

2. 函数参数传递

2.1 传值调用

C 语言默认使用传值调用（Pass by Value）。在传值调用中，函数接收到的是参数的副本，对副本的修改不会影响原始参数。

void swap(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    swap(x, y);
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y); // 输出 x = 5, y = 10
}

如上所示，尽管函数内交换了 a 和 b 的值，但由于传值调用，x 和 y 的值没有改变。

2.2 传引用调用（模拟）

C 语言没有原生的引用传递，但可以通过指针模拟传引用调用。传递参数的地址，使得函数可以直接修改原始数据。

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    swap(&x, &y);
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y); // 输出 x = 10, y = 5
}

2.3 引用调用（C++ 特性）

在 C++ 中，可以使用引用传递（Reference）来直接修改原始变量的值。在 C 语言中，引用传递无法直接实现，但可以通过指针来达到类似的效果。

3. 内部函数与外部函数

在 C 语言中，根据函数能否被其他源文件调用，函数可以分为内部函数 和外部函数。

3.1 内部函数

如果一个函数只在当前源文件内有效，并且无法被其他源文件调用，那么它就是一个内部函数 。要将函数定义为内部函数，可以在函数前加上 static 关键字：

static int max(int a, int b) {
    return (a > b) ? a : b;
}

3.2 外部函数

如果一个函数需要在多个源文件中被调用，通常会定义为外部函数 。如果没有使用 static 关键字，C 编译器会默认认为函数是外部函数。如果函数在其他文件中调用，则需要使用 extern 关键字进行声明：

extern int max(int a, int b); // 外部函数声明

3.3 示例：多个文件中的函数使用

假设我们需要在多个文件中调用函数，可以通过 extern 和 static 实现模块化管理。

file1.c（主文件）

#include <stdio.h>

static void delete_string(char str[], char ch);

int main() {
    extern void enter(char str[]); // 外部函数声明
    extern void print(char str[]); // 外部函数声明
    char str[100];
    char c;
    enter(str);
    scanf("%c", &c);
    delete_string(str, c);
    print(str);
    return 0;
}

static void delete_string(char str[], char ch) {
    int i, j;
    for (i = j = 0; str[i] != '\0'; i++) {
        if (str[i] != ch) {
            str[j++] = str[i];
        }
    }
    str[j] = '\0';
}

file2.c（输入函数）

#include <stdio.h>

void enter(char str[100]) {
    fgets(str, 100, stdin); // 输入字符串
}

file3.c（输出函数）

#include <stdio.h>

void print(char str[]) {
    printf("%s\n", str);
}

4. 内联函数

4.1 什么是内联函数？

内联函数（inline）是一个特殊的函数，它的定义会被编译器直接嵌入到调用位置，从而避免函数调用的时间开销。内联函数适用于代码量小、调用频繁的场景。

inline void swap(int *a, int *b) {
    int t = *a;
    *a = *b;
    *b = t;
}

内联函数有以下几点需要注意：

• 递归函数不能定义为内联函数。
• 函数体应尽量简短，最好只包含简单的操作。

5. 函数的递归调用

递归是一种函数调用自身的技术。虽然递归能够简化代码，但它也可能带来较大的内存消耗和性能问题。下面是一个经典的递归求和的例子：

#include <stdio.h>

int sum(int n) {
    if (n == 1) {
        return 1;
    }
    return n + sum(n - 1); // 递归调用
}

int main() {
    printf("%d\n", sum(4)); // 输出 10
    return 0;
}

5.1 递归的优缺点

• 优点：递归能够简化代码的逻辑，使得代码更加简洁。
• 缺点：递归会消耗更多的内存，特别是递归深度较大的时候，可能导致栈溢出。

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6. 总结与最佳实践

• 函数声明与定义：提前声明函数，确保正确调用。
• 参数传递：C 默认使用传值调用。传引用可以通过指针实现。
• 函数重用与模块化：通过函数分割任务，增强代码的可读性与可维护性。
• 内联函数：适用于频繁调用且代码简单的函数。
• 递归调用：简化逻辑，但需谨慎使用，避免栈溢出。

C 语言的函数是构建高效、可维护程序的核心工具，通过合理划分任务和传递参数，可以大大提高代码的结构化和可复用性。希望本文能够帮助你更加深入地理解和使用 C 语言中的函数，写出更高效、简洁的代码。

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