C语言（20250722）
C语言
内容提要
- 函数
- 函数的概述
- 函数的分类
- 函数的定义
- 形参和实参
- 函数的返回值
- 函数的调用
- 函数的声明
函数
函数的概述
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**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。
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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）
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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
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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
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按来源分：
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**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()…
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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。
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按参数分：
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**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();
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**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);
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按返回值分：
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**有返回值函数：**函数执行后返回一个值，如： if (scanf(“%d”, &num) != 1)
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**无返回值函数（void）：**函数仅执行操作，不返回值
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从函数调用的角度分：
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**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）
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**被调函数：**被其他函数调用的函数。
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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。
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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，函数体的{}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，遵循标识符的命名）（不能以数字开头，只能包含大小写字母、下划线和数字，建议：小写 + 下划线，举例：
show_all()，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：
#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1 int main() {return(0); } // 写法2 int main() {return 0; } -
如果
参数列表中有多个参数，则它们之间要用，分隔；即使他们类型相同，在形式参数中只能逐个进行说民，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
参数列表中没有参数，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：[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
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需求：计算1~n之间自然数的阶乘值
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代码：
#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 long类型。
案例2
- 需求：计算一个圆台两个面的面积之和。
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代码：
#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：
#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…。
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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
-
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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。
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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。
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单向值传递：
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C语言采用单向值传递机制（赋值的方向：实参 → 形参）
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实参仅将其值赋值给形参，不传递实参本身。
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形参值的改变不会影响实参。
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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 }
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内存独立性
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实参和形参在内存中占据不同的空间
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形参拥有独立的内存地址
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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
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需求：输入4个整数，要求用一个函数求出最大数。
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分析：
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设计一个函数，这个函数只求2个数的最大数
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多次复用这个函数实现最终的求值
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代码：
#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
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函数的返回值
定义
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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
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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：
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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
关键底层概念
-
内存分段：代码段（指令）、数据段（全局变量）、BSS 段（未初始化全局变量）、栈（局部变量 / 函数调用）、堆（动态内存）。
-
栈帧：每个函数调用对应一个栈帧，包含参数、返回地址、局部变量，由 ebp（基址指针）和 esp（栈指针）界定。
-
地址绑定：变量和函数的地址在编译期（静态绑定）或加载 / 运行期（动态绑定，如共享库）确定。
总结
-
变量：通过编译期符号表记录偏移量，运行时映射到实际内存地址，通过 CPU 的加载/ 存储指令访问。
-
函数：通过 call 指令跳转至代码段执行，借助栈帧管理参数、局部变量和返回地址，最终通过 ret 指令返回。
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
关键底层概念
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内存分段：代码段（指令）、数据段（全局变量）、BSS 段（未初始化全局变量）、栈（局部变量 / 函数调用）、堆（动态内存）。
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栈帧：每个函数调用对应一个栈帧，包含参数、返回地址、局部变量，由 ebp（基址指针）和 esp（栈指针）界定。
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地址绑定：变量和函数的地址在编译期（静态绑定）或加载 / 运行期（动态绑定，如共享库）确定。
总结
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变量：通过编译期符号表记录偏移量，运行时映射到实际内存地址，通过 CPU 的加载/ 存储指令访问。
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函数：通过 call 指令跳转至代码段执行，借助栈帧管理参数、局部变量和返回地址，最终通过 ret 指令返回。