c语言-函数讲解

leaves falling2026-01-29 12:49

一、函数的本质：什么是 C 语言中的函数？

数学中的函数我们并不陌生，比如一次函数y=kx+b，给定 x 就能得到对应的 y 值。C 语言中的函数（也称为子程序）延续了这一核心思想 ------一段完成特定任务的独立代码块，通过接收输入（参数）、执行逻辑、返回结果（可选），实现功能的封装与复用。

C 语言程序的本质的是函数的组合：一个复杂的任务可以拆解为多个小型函数，每个函数负责单一功能，最终通过函数间的配合完成整体需求。这种设计的优势在于：

  • 代码复用：避免重复编写相同逻辑，提升开发效率；
  • 结构清晰：每个函数职责明确，便于维护和调试；
  • 模块化开发：支持多人协作，各自负责不同函数模块。

C 语言中的函数主要分为两类：

  • 库函数：编译器厂商根据 ANSI C 标准实现的现成函数（如printf、scanf），直接调用即可；
  • 自定义函数：开发者根据需求编写的函数，灵活性更高，是编程的核心重点。

二、库函数：站在巨人的肩膀上编程

库函数是 C 语言标准库提供的现成工具，覆盖了数学计算、字符串处理、输入输出等常见场景。使用库函数无需关心底层实现，只需掌握调用方法，就能大幅提升开发效率。

2.1 库函数的使用前提

库函数的声明都包含在对应的头文件中，因此使用前必须通过#include引入头文件，否则可能导致编译错误。例如：

  • 输入输出函数（printf、scanf）需要引入<stdio.h>；
  • 数学函数（sqrt、pow）需要引入<math.h>；
  • 字符串函数（strlen、strcpy）需要引入<string.h>。

2.2 库函数的调用示例：计算平方根

以sqrt函数（计算平方根）为例，讲解库函数的完整使用流程：

  1. 查看函数文档：明确函数原型、参数、返回值和头文件；
    • 函数原型：double sqrt(double x)；
    • 功能：返回 x 的平方根（x 需为非负数）；
    • 头文件：<math.h>。
  2. 编写代码：
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
    double d = 16.0;
    double result = sqrt(d);  // 调用sqrt函数
    printf("平方根：%lf\n", result);  // 输出结果：4.000000
    return 0;
}

2.3 库函数的学习工具

无需死记硬背所有库函数，学会使用以下工具即可按需查询：

三、自定义函数：打造专属功能模块

库函数虽方便，但无法满足所有个性化需求，自定义函数才是 C 语言编程的核心。自定义函数的设计自由度极高，可根据实际需求灵活定义功能、参数和返回值。

3.1 自定义函数的语法结构

自定义函数的语法与库函数一致，核心由 4 部分组成：

cpp 复制代码 
ret_type fun_name(parameter_list) {
    // 函数体：实现功能的代码逻辑
}
  • ret_type：返回值类型，指定函数执行后的返回结果类型（如int、double）；若无需返回值，用void表示；
  • fun_name：函数名，需遵循标识符命名规则，建议根据功能命名（如Add表示加法，isLeapYear表示判断闰年）；
  • parameter_list：参数列表，即函数的输入（原材料），可无参数（写void）或多个参数（需指定类型和名称）；
  • 函数体：用{}包裹的代码块，是函数功能的核心实现。

3.2 自定义函数示例：实现两数相加

需求：编写一个函数，接收两个整型参数，返回它们的和。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

// 自定义加法函数
int Add(int x, int y) {
    return x + y;  // 直接返回表达式结果，简化代码
}

int main() {
    int a = 0, b = 0;
    printf("请输入两个整数：");
    scanf("%d %d", &a, &b);
    
    int sum = Add(a, b);  // 调用自定义函数
    printf("和为：%d\n", sum);
    
    return 0;
}

四、形参和实参：函数的输入传递机制

在函数调用过程中，参数分为实际参数（实参） 和形式参数（形参），两者既相关又独立。

在函数调用过程中，参数分为实际参数（实参） 和形式参数（形参），两者既相关又独立。

4.1 概念区分

  • 实参：调用函数时传递的具体值（如上述代码中Add(a, b)的a和b），是真实存在的数据，占用内存空间；
  • 形参：函数定义时括号中的参数（如Add(int x, int y)的x和y），仅在函数被调用时才分配内存，用于接收实参的值，函数执行结束后立即释放。

4.2 核心关系：形参是实参的临时拷贝

关键结论：形参和实参占用不同的内存空间，形参只是实参的一份临时拷贝。

这意味着：函数内部修改形参的值，不会影响实参。例如：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

void Swap(int x, int y) {
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;  交换的是形参x和y的值
}

int main() {
    int a = 3, b = 5;
    printf("交换前：a=%d, b=%d\n", a, b);  // 输出：3 5
    Swap(a, b);
    printf("交换后：a=%d, b=%d\n", a, b);  // 输出：3 5（实参未变）
    return 0;
}

五、return 语句：函数的返回机制

return语句是函数返回结果的核心，其使用有明确的规则和注意事项：

  1. 返回值与函数类型匹配：return后的值类型需与函数声明的ret_type一致，若不一致，系统会自动隐式转换（可能导致精度丢失或错误）；
  2. 终止函数执行：return语句执行后，函数立即结束，后续代码不再执行
cpp 复制代码 
int Add(int x, int y) {
    return x + y;
    printf("这行代码不会执行");  //  unreachable code
}

六、数组做函数参数：批量数据的传递

当需要向函数传递批量数据时，数组是常用选择，但数组传参有特殊规则，需重点掌握。

6.1 数组传参的核心规则

  • 形参可写为数组形式（int arr[]），也可写为指针形式（int* arr），本质是传递数组首元素的地址；
  • 一维数组形参的大小可省略（如int arr[]），二维数组形参的行可省略，但列不能省略（如int arr[][3]）；
  • 函数内部操作的是原数组：数组传参时，形参并未创建新数组，而是直接操作实参数组的内存空间，修改形参数组会影响原数组。

6.2 示例：数组初始化与打印

需求：编写两个函数，分别将数组所有元素置为 - 1，以及打印数组内容。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

// 将数组所有元素置为-1
void SetArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = -1;  // 操作原数组
    }
}

// 打印数组
void PrintArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);  // 计算数组长度
    
    printf("修改前：");
    PrintArray(arr, size);  // 输出：1 2 3 4 5
    
    SetArray(arr, size);
    
    printf("修改后：");
    PrintArray(arr, size);  // 输出：-1 -1 -1 -1 -1
    
    return 0;
}

七、函数的调用技巧：嵌套调用与链式访问

函数的强大之处不仅在于独立功能的实现，更在于函数间的灵活配合，主要体现为嵌套调用和链式访问。

7.1 嵌套调用：函数间的层级协作

嵌套调用指一个函数内部调用另一个函数，如同乐高积木的拼接，是构建复杂程序的核心方式。

示例：计算某年某月的天数（需判断是否为闰年）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

// 判断是否为闰年：是返回1，否返回0
int IsLeapYear(int year) {
    return (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0);
}

// 计算某月天数：调用IsLeapYear函数
int GetDays(int year, int month) {
    int days[] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
    int day = days[month];
    if (IsLeapYear(year) && month == 2) {
        day += 1;  // 闰年2月多1天
    }
    return day;
}

int main() {
    int year = 0, month = 0;
    printf("请输入年和月（如2024 2）：");
    scanf("%d %d", &year, &month);
    
    int result = GetDays(year, month);
    printf("%d年%d月有%d天\n", year, month, result);
    
    return 0;
}

7.2 链式访问：函数返回值的连续使用

链式访问指将一个函数的返回值作为另一个函数的参数，如同链条一样串联函数调用。

示例 2：多层链式访问（趣味题）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

int main() {
    // printf返回值为打印的字符个数
    printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));  // 输出：4321
    return 0;
}

解析：

  • 最内层printf("%d", 43)：打印43（2 个字符），返回 2；
  • 中间层printf("%d", 2)：打印2（1 个字符），返回 1；
  • 最外层printf("%d", 1)：打印1，最终输出4321。

八、函数的声明与定义：多文件编程基础

在实际开发中，代码量较大时需拆分到多个文件，这就需要理解函数的声明与定义的区别，以及static和extern关键字的作用。

8.1 声明与定义的区别

  • 函数定义：完整的函数实现（包含函数体），用于明确函数的功能逻辑，一个函数只能定义一次；
  • 函数声明：告诉编译器函数的名称、返回类型和参数列表（无需函数体），用于让编译器识别函数，可声明多次。

8.2 单文件场景：声明的作用

若函数定义在调用之后，需先声明函数，否则编译器会报错。例如：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

// 函数声明（参数名可省略，仅需类型）
int IsLeapYear(int);

int main() {
    int year = 2024;
    if (IsLeapYear(year)) {  // 调用前已声明，编译器可识别
        printf("%d是闰年\n", year);
    }
    return 0;
}

// 函数定义（在调用之后）
int IsLeapYear(int year) {
    return (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0);
}

8.3 多文件场景：头文件与源文件分离

企业开发中，通常将函数声明放在.h头文件中，函数实现放在.c源文件中，结构如下：

  • add.h（头文件）：函数声明；
  • add.c（源文件）：函数定义；
  • test.c（主文件）：调用函数。

示例：

  1. add.h（声明）
cpp 复制代码 
#ifndef ADD_H
#define ADD_H

int Add(int x, int y);  // 函数声明

#endif

add.c（定义）：

cpp 复制代码 
#include "add.h"

int Add(int x, int y) {
    return x + y;  // 函数实现
}

test.c（调用）：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include "add.h"  // 包含头文件，获取函数声明

int main() {
    int sum = Add(3, 5);
    printf("sum = %d\n", sum);  // 输出：8
    return 0;
}

8.4 static 与 extern：控制函数 / 变量的作用域

  • extern：用于声明外部符号（函数或全局变量），允许在当前文件中使用其他文件定义的符号；
  • static：用于限制符号的作用域，使其仅在当前文件中可用。
（1）static 修饰局部变量

改变局部变量的生命周期：局部变量默认存储在栈区，函数执行结束后销毁；被static修饰后存储在静态区，生命周期与程序一致（程序结束后才销毁），但作用域仍为函数内部。

示例：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

void Test() {
    static int i = 0;  // static修饰局部变量
    i++;
    printf("%d ", i);
}

int main() {
    for (int j = 0; j < 5; j++) {
        Test();  // 输出：1 2 3 4 5（i的值累加）
    }
    return 0;
}
（2）static 修饰全局变量 / 函数

限制作用域：全局变量和函数默认具有外部链接属性（可被其他文件使用），被static修饰后变为内部链接属性（仅当前文件可用）。

示例：若add.c中定义static int g_val = 10，则test.c中无法通过extern int g_val使用该变量；同理，static int Add(...)定义的函数，也无法被其他文件调用。

九、总结

函数是 C 语言的核心模块化工具，掌握以下关键点，就能灵活运用函数编写高效、清晰的代码：

  1. 理解函数的本质：封装功能、实现复用；
  2. 库函数：学会查询文档，按需引入头文件；
  3. 自定义函数：掌握语法结构，根据需求设计参数和返回值；
  4. 形参实参：明确 "临时拷贝" 特性，避免踩坑；
  5. 数组传参：本质是传递首元素地址，需手动传递数组长度；
  6. 调用技巧：嵌套调用实现复杂逻辑，链式访问简化代码；
  7. 声明与定义：支持多文件编程，static和extern控制作用域。
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