C语言桂林理工大学7第七章 函数及其应用.docx

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C语言桂林理工大学7第七章函数及其应用

学时安排：

5

授课题目：

第七章函数及其应用

目标要求：

掌握函数的定义与调用，理解函数间的信息传递方式，掌握数组做为函数参数时数据传递方式，了解递归调用。

掌握变量的存储类型及作用域。

授课类型：

理论课授课场地：

教室

教学方式：

讲授、演示、提问、讨论教辅设备：

投影仪

授课内容：

第七章函数及其应用

模块化程序设计介绍

7、1函数的定义

7.1.1C语言的函数：

C语言的函数是子程序的总称，包括函数和过程。

（有返回值、无返回值，教材中称为：

有返回值函数，无返回值函数）。

C语言函数可以分为库函数、用户自定义函数。

库函数由系统提供，程序员只需要使用（调用），用户自定义函数需要程序员自己编制。

C语言的程序由函数组成，函数是C语言程序的基本单位。

前面章节介绍的所有程序都是由一个主函数main组成的。

程序的所有操作都在主函数中完成。

事实上，C语言程序可以包含一个main函数，也可以包含一个main函数和若干个其它函数。

C语言程序的结构如图所示。

在每个程序中，主函数main是必须的，它是所有程序的执行起点，main函数只调用其它函数，不能为其它函数调用。

如果不考虑函数的功能和逻辑，其它函数没有主从关系，可以相互调用。

所有函数都可以调用库函数。

程序的总体功能通过函数的调用来实现。

e函数

d函数

c函数

a函数

b函数

函数应当先定义，后调用。

7.1.2.函数定义的一般形式：

[函数类型]函数名（[函数参数类型1函数参数名1][,…,函数参数类型2，函数参数名2]）

{

[声明部分]

[执行部分]

}

函数头

函数体

说明：

一个函数（定义）由函数头（函数首部）和函数体两部分组成

1、函数头（首部）：

说明了函数类型、函数名称及参数。

（1）函数类型：

函数返回值的数据类型，可以是基本数据类型也可以是构造类型。

如果省略默认为int，如果不返回值，定义为void类型。

（2）函数名：

给函数取的名字，以后用这个名字调用。

函数名由用户命名，命名规则同标识符。

（3）函数名后面是参数表，无参函数没有参数传递，但“（）”号不能省略，这是格式的规定。

参数表说明参数的类型和形式参数的名称，各个形式参数用“，”分隔。

2、函数体：

函数首部下用一对{}括起来的部分。

如果函数体内有多个{}，最外层是函数体的范围。

函数体一般包括声明部分、执行部分两部分。

（1）声明部分：

在这部分定义本函数所使用的变量和进行有关声明（如函数声明）。

（2）执行部分：

程序段，由若干条语句组成命令序列（可以在其中调用其它函数）。

注意：

函数不能单独运行，函数可以被主函数或其它函数调用，也可以调用其它函数，但是不能调用主函数。

例：

输入三个整数，求三个整数中的最大值，打印。

使用函数

externintmax（int,int,int）;

main（）

{

intn1,n2,n3,nmax;

scanf（“%d%d%d”,&n1,&n2,&n3）;

nmax=max（n1,n2,n3）;

printf（“max=%d\n“,nmax）;

}

intmax（intx,inty,intz）

{

intm;

if（x>y）

m=x;

else

m=y;

if（z>m）m=z;

returnm;

}

不使用函数（除main外）

main（）

{

intn1,n2,n3,nmax;

scanf（“%d%d%d”,&n1,&n2,&n3）;

if（n1>n2）

nmax=n1;

else

nmax=n2;

if（n3>nmax）

nmax=n3;

printf（“max=%d\n”nmax）;

}

像调用库函数一样调用

函数定义

说明：

（1）比较两个程序，使用函数好象程序更长了，但是请思考，如果程序中要调用100次求三个数最大值又会是什么情况呢？

（2）解释max函数的定义的几个部分。

简要解释max函数的调用。

7、2函数的调用

7.2.1函数调用的一般方法

函数名（[实参表列]）[；]

说明：

（1）无参函数调用没有参数，但是“（）”不能省略，有参函数若包含多个参数，各参数用“，”分隔，实参参数个数与形参参数个数相同，类型一致或赋值兼容。

（2）函数调用可以出现的位置

●以单独语句形式调用（注意后面要加一个分号，构成语句）。

以语句形式调用的函数可以有返回值，也可以没有返回值。

例如：

printf（“max=%d”,nmax）;

swap（x,y）;

puts（s）;

●在表达式中调用（后面没有分号）。

在表达式中的函数调用必须有返回值。

例如：

if（strcmp（s1,s2）>0）……//函数调用strcmp（）在关系表达式中。

nmax=max（n1,n2,n3）;//函数调用max（）在赋值表达式中，“；”是赋值表达式作为语句时加的，不是max函数调用的。

fun1（fun2（））;//函数调用fun2（）在函数调用表达式fun1（）中。

函数调用fun2（）的返回值作为fun1的参数。

7.2.2函数调用时数据的传递（函数之间的通讯）

函数是相对独立的，但是不是孤立的，它们通过调用时1）参数传递和2）函数的返回值3）全局变量（后面介绍）来相互联系。

已经介绍了函数参数的传递和返回值。

现在以数组应用为例介绍参数传递中的传址方式的使用。

例：

求学生平均成绩。

P110.（注意参数传递的是数组的地址）

思考：

如果在函数ave中加入程序段：

for（i=0;i

b[i]=sqrt（b[i]）*10;

那么实参数组a中的数据是否改变？

7.2.3函数的声明

函数定义的位置可以1）在调用它的函数之前，也可以2）在调用它的函数之后，甚至位于3）其它的源程序模块中。

●函数定义位置在前，函数调用在后，不必声明，编译程序产生正确的调用格式。

●函数定义在调用它的函数之后或者函数在其它源程序模块中，且函数类型不是整型，这时，为了使编译程序产生正确的调用格式，可以在函数使用前对函数进行声明。

这样不管函数在什么位置，编译程序都能产生正确的调用格式。

函数声明的格式：

函数类型函数名（[参数类型][，…，[参数类型]]）;

C语言的库函数就是位于其它模块的函数，为了正确调用，C编译系统提供了相应的.h文件。

.h文件内许多都是函数声明，当源程序要使用库函数时，就应当包含相应的头文件。

7、3函数的信息传递方式

7．3．1形式参数与实际参数

1、形式参数（形参）：

函数定义时设定的参数。

2、实际参数（实参）：

调用函数时所使用的实际的参数。

例中，主函数中调用max函数的语句是：

nmax=max（n1,n2,n3）;其中n1,n2,n3就是实参，它们的类型都是整型。

3、参数的传递

在调用函数时，主调函数和被调函数之间有数据的传递-实参传递给形参。

具体的传递方式有两种：

（1）值传递方式（传值）：

将实参单向传递给形参的一种方式。

（2）地址传递方式（传值）：

将实参地址单向传递给形参的一种方式。

注意：

（1）单向传递：

不管“传值”、还是“传址”，C语言都是单向传递数据的，一定是实参传递给形参，反过来不行。

也就是说C语言中函数参数传递的两种方式本质相同-“单向传递”。

（2）“传值”、“传址”只是传递的数据类型不同（传值-一般的数值，传址-地址）。

传址实际是传值方式的一个特例，本质还是传值，只是此时传递的是一个地址数据值。

（3）系统分配给实参、形参的内存单元是不同的，也就是说即使在函数中修改了形参的值，也不会影响实参的值。

●对于传值，即使函数中修改了形参的值，也不会影响实参的值。

●对于传址，即使函数中修改了形参的值，也不会影响实参的值。

但是，注意：

不会影响实参的值，不等于不影响实参指向的数据。

传址与传值一样不能通过参数返回数据，但因为传递的是地址，那么就可能通过实参参数所指向的空间间接返回数值。

数据单向传递

ax

主调函数被调函数

不同的存储空间

传值（传递一般的数值）

a,x是不同的空间

数据单向传递

但是a

是地址

指向：

一块

内存

空间

ax

主调函数被调函数

不同的存储空间

传址（传递地址数值）

a,x也是不同的空间

（4）两种参数传递方式中，实参可以是变量、常量、表达式；形参一般是变量，要求两者类型相同或赋值兼容。

7．3．2函数的返回值

C语言可以从函数（被调用函数）返回值给调用函数（这与数学函数相当类似）。

在函数内是通过return语句返回值的。

使用return语句能够返回一个值或不返回值（此时函数类型是void）。

`

Return语句的格式：

Return[表达式]；或return（表达式）；

说明：

（1）函数的类型就是返回值的类型，return语句中表达式的类型应该与函数类型一致。

如果不一致，以函数类型为准（赋值转化）。

（2）函数类型省略，默认为int。

（3）如果函数没有返回值，函数类型应当说明为void（无类型）。

7、4函数与数组

数组作为参数时的情况：

–数组元素作实参，与单个变量一样

–数组名作函数参数，形、实参数都应是数组名或指针

–实参数组与形参数组的大小可以不同，但实参>形参；

7.4.1数组元素作实参

7.4.2一维数组名作实参

7、5递归函数递归调用

函数允许嵌套调用和递归调用。

递归调用是嵌套调用的特例。

7.5.1函数的嵌套调用

函数嵌套调用：

函数调用中又存在调用。

如函数1调用函数2，函数又调用函数3。

函数之间没有从属关系，一个函数可以被其它函数调用，同时该函数也可以调用其它函数。

例验证歌德巴赫猜想。

按照歌德巴赫猜想，任何一个偶数均可以表示为两个质数之和。

如16=13+338=7+31……

程序一

#include

main（）

{

intprimeok（unsignedintn）;

intproveok（unsignedintn）;

unsignedn,m1,m2;

for（n=6;n<=20;n+=2）

{

m1=proveok（n）;

m2=n-m1;

printf（"%u=%u+%u\n",n,m1,m2）;

}

}

intproveok（unsignedintn）

{unsignedinti;

intn1,n2;

for（i=3;i<=n;i++）

{n1=i*primeok（i）;

n2=（n-i）*primeok（n-i）;

if（n==n1+n2）break;

}

return（i）;

}

intprimeok（unsignedintn）

{inti,m;

m=sqrt（n）;

for（i=2;i<=m;i++）

if（n%i==0）break;

if（i>=m+1）

return

（1）;

else

return（0）;

}

程序二

#include

main（）

{

intprimeok（unsignedintn）;

intproveok（unsignedintn）;

unsignedn,m1,m2;

for（n=6;n<=20;n+=2）

{

m1=proveok（n）;

m2=n-m1;

printf（"%u=%u+%u\n",n,m1,m2）;

}

}

intproveok（unsignedintn）

{unsignedinti;

intn1,n2;

for（i=3;i<=n;i++）

{n1=i;

n2=n-i;

if（（n==n1+n2）&&（primeok（n1）==1）&&（primeok（n2）==1））break;

}

return（i）;

}

intprimeok（unsignedintn）

{inti,m;

m=sqrt（n）;

for（i=2;i<=m;i++）

if（n%i==0）break;

if（i>=m+1）

return

（1）;

else

return（0）;

}

7.5.2函数的递归调用

1、函数的递归调用：

是指函数直接调用或间接调用自己，或调用一个函数的过程中出现直接或间接调用该函数自身。

前者称为直接递归调用，后者称为间接递归调用。

例如：

->f1（）->f1（）直接递归调用；->f1（）->f2（）->f1（）间接递归调用。

2、使用递归调用解决问题的方法：

（有限递归）

（1）原有的问题能够分解为一个新问题，而新问题又用到了原有的解法，这就出现了递归。

（2）按照这个原则分解下去，每次出现的新问题是原有问题的简化的子问题

（3）最终分解出来的新问题是一个已知解的问题。

3、递归调用过程（两个阶段）

（1）递推阶段：

将原问题不断地分解为新的子问题，逐渐从未知的向已知的方向推测，最终达到已知的条件，即递归结束条件，这时递推阶段结束。

（2）回归阶段：

从已知条件出发，按照“递推”的逆过程，逐一求值回归，最终到达“递推”的开始处，结束回归阶段，完成递归调用。

例：

用递归法求n!

（P.114）

解：

n!

=n*（n-1）*（n-2）*……*1=n（n-1）!

。

递归公式：

10,1

n!

=

n*（n-1）!

其它

main（）

{

floatfac（intn）;

inti;

for（i=1;i<=20;i++）

printf（"%d!

=%25.0f\n",i,fac（i））;

}

floatfac（intn）

{

floatf;

if（n<0）printf（"n<0,dataerror!

"）;

elseif（n==0||n==1）f=1;

elsef=fac（n-1）*n;

return（f）;

}

7．6变量的存储类型及作用域

变量从空间上分为局部变量、全局变量。

从变量存在的时间的长短（即变量生存期）来划分，变量还可以分为：

动态存储变量、静态存储变量。

变量的存储方式决定了变量的生存期。

C语言变量的存储方式可以分为：

动态存储方式、静态存储方式。

自动（局部变量）（auto）

动态存储方式

寄存器（局部变量）（register）

存储方式

静态（局部变量）（static）

静态存储方式

静态全局变量（全局变量全部是静态的，不必用static修饰）

动态存储方式

动态存储方式：

在程序运行期间根据需要为相关的变量动态分配存储空间的方式。

C语言中，变量的动态存储方式主要有自动型存储方式和寄存器型存储方式。

1、自动型存储方式（auto）

auto型存储方式是C语言默认的局部变量的存储方式，也是局部变量最常使用的存储方式。

（1）自动变量属于局部变量的范畴，作用域限于定义它的函数或复合语句内。

（2）自动变量所在的函数或复合语句执行时，系统动态为相应的自动变量分配存储单元，当自动变量所在的函数或复合语句执行结束后，自动变量失效，它所在的存储单元被系统释放，所以原来的自动变量的值不能保留下来。

若对同一函数再次调用时，系统会对相应的自动变量重新分配存储单元。

[auto]类型说明变量名；

[register]类型说明变量名；

自动（局部）变量的定义格式：

其中：

auto为自动存储类别关键词，可以省略，缺省时系统默认auto。

例如：

前面各章中的函数中的局部变量，尽管没有明确定义为auto型，但它们都属于auto型变量。

在函数中定义变量，下面两种写法是等效的。

intx,y,z;或autointx,y,z;它们都定义了3个整型auto型变量x,y,z。

2、寄存器型存储方式（register）

register型存储方式是C语言使用较少的一种局部变量的存储方式。

该方式将局部变量存储在CPU的寄存器中，寄存器比内存操作要快很多，所以可以将一些需要反复操作的局部变量存放在寄存器中。

寄存器（局部变量）的定义格式：

其中：

register为寄存器存储类别关键词，不能省略。

值得注意的是：

CPU的寄存器数量有限，如果定义了过多的register变量，系统会自动将其中的部分改为auto型变量。

静态存储方式

静态存储方式：

在程序编译时就给相关的变量分配固定的存储空间（在程序运行的整个期间内都不变）的存储方式。

C语言中，使用静态存储方式的主要有静态存储的局部变量和全局变量。

[static]类型说明变量名[=初始化值]；

1、静态存储的局部变量

静态局部变量的定义格式：

其中：

static是静态存储方式关键词，不能省略。

例如：

在函数内定义：

staticinta=10,b;

说明：

（1）静态局部变量的存储空间是在程序编译时由系统分配的，且在程序运行的整个期间都固定不变。

该类变量在其函数调用结束后仍然可以保留变量值。

下次调用该函数，静态局部变量中仍保留上次调用结束时的值。

（2）静态局部变量的初值是在程序编译时一次性赋予的，在程序运行期间不再赋初值，以后若改变了值，保留最后一次改变后的值，直到程序运行结束。

2、全局变量全部是静态存储的。

C语言中，全局变量的存储都是采用静态存储方式，即在编译时就为相应全局变量分配了固定的存储单元，且在程序执行的全过程始终保持不变。

全局变量赋初值也是在便宜时完成的。

因为全局变量全部是静态存储，所以没有必要为说明全局变量是静态存储而使用关键词static。

如果使用了static说明全局变量，不是说“此全局变量要用静态方式存储”（我们知道全局变量天生是静态存储的），那是有另外的含义-令人困惑的全局变量的static说明。

3、全局变量的extern声明及令人困惑的全局变量的static定义。

全局变量的static定义，不是说明“此全局变量要用静态方式存储”（全局变量天生全部是静态存储），而是说，这个全局变量只在本源程序模块有效（文件作用域）。

如果没有static说明的全局变量就是整个源程序范围有效（真正意义上的全局）。

也就是说，变量的作用域有：

分程序（复合语句）作用域，函数作用域，文件（模块）作用域，整个程序作用域。

在引用全局变量时如果使用“extern”声明全局变量，可以扩大全局变量的作用域。

例如，扩大到整个源文件（模块），对于多源文件（模块）可以扩大到其它源文件（模块）。

变量从数据类型的角度，可以分为整型、实型、字符型等。

变量的作用域：

变量的有效范围或者变量的可见性。

变量定义的位置决定了变量的作用域。

分程序作用域（复合语句作用域）

局部变量

函数作用域

变量的作用域

文件作用域（模块作用域）

全局变量

程序作用域

变量从作用域（变量的有效范围，可见性）的角度可以分为：

局部变量，全局变量。

1局部变量

1、局部变量：

是指在一定范围内有效的变量。

C语言中，在以下各位置定义的变量均属于局部变量。

（1）在函数体内定义的变量，在本函数范围内有效，作用域局限于函数体内。

（2）在复合语句内定义的变量，在本复合语句范围内有效，作用域局限于复合语句内。

（3）有参函数的形式参数也是局部变量，只在其所在的函数范围内有效。

例如：

doublefun1（intx,inty）/*x,y,m,n局部变量，在fun1函数内有效（作用域fun1函数）*/

{

intm,n;

......

}

intfun2（charch）/*ch,a,b局部变量，在fun2函数内有效（作用域fun2函数）*/

{

inta,b;

......

}

main（）/*a,b局部变量，在main函数内有效（作用域main函数）*/

{

inta,b;

......

{

intx,y;/*x,y局部变量，在复合语句中有效（作用域复合语句）*/

......

}

}

同名，不同作用域，是不同的变量

说明：

（1）不同函数中和不同的复合语句中可以定义（使用）同名变量。

因为它们作用域不同，程序运行时在内存中占据不同的存储单元，各自代表不同的对象，所以它们互不干预。

即：

同名，不同作用域的变量是不同的变量。

（2）局部变量所在的函数被调用或执行时，系统临时给相应的局部变量分配存储单元，一旦函数执行结束，则系统立即释放这些存储单元。

所以在各个函数中的局部变量起作用的时刻是不同的。

2、全局变量

全局变量：

在函数之外定义的变量。

（所有函数前，各个函数之间，所有函数后）

全局变量作用域：

从定义全局变量的位置起到本源程序结束为止。

●在引用全局变量时如果使用“extern”声明全局变量，可以扩大全局变量的作用域。

例如，扩大到整个源文件（模块），对于多源文件（模块）可以扩大到其它源文件（模块）。

●在定义全局变量时如果使用修饰关键词static，表示此全局变量作用域仅限于本源文件（模块）。

例如：

x,y,z

ch1,ch2

t,p

全部是全局变量

intx,y,z;

floatf1（floata,floatb）

{

......

}

charch1,ch2;

intf2（intm）

{

......

}

doublet,p;

main（）

{

......

}

x,y,z的作用域

ch1,ch2的作用域

t,p的作用域

externdoublet,p；

intx,y,z;

floatf1（floata,floatb）

{

t=a+b;

......

}

charch1,ch2;

intf2（intm）

{

externdoublet,p；

......

}

doublet,p;

main（）

{

......

}

扩大了全局变量t,p的作用域

为整个文件（模块）

扩大了全局变量t,p的作用域

file2.c

externintx;

func（inta）

{

......

x=x+a;

}

作用域从file1扩大到file2

file1.c

intx;

main（）

{

......

}

作用域扩大到file2.c

file3.c

intx;

func2（）

{

......

}

file2.c

externintx;

func1（inta）

{

......

x=x+a;

}

file1.c

staticintx;

main（）

{

......

}

说明：