1. 概念

数学中我们其实就见过函数的概念，比如:一次函数 y=kx+b ，k和b都是常数，给一个任意的x，就得到一个y值。

其实在C语言也引入函数(function)的概念，有些翻译为:子程序，子程序这种翻译更加准确一些。
C语言中的函数就是一个完成某项特定的任务的一小段代码。这段代码是有特殊的写法和调用方法的。

C语言的程序其实是由无数个小的函数组合而成的，也可以说:一个大的计算任务可以分解成若干个较小的函数(对应较小的任务)完成。同时一个函数如果能完成某项特定任务的话，这个函数也是可以复用的，提升了开发软件的效率。

在C语言中我们一般会见到两类函数:

· 库函数
· 自定义函数

2. 库函数

标准库和头文件

C语言标准中规定了C语言的各种语法规则，C语言并不提供函数,“语言的国际标准ANSIC规定了一些常用的函数的标准，被称为标准库，不同的编译器厂商根据ANSI提供的C语言标准就给出了一系列函数的实现。
这些函数就被称为库函数。有了库函数，一些常见的功能就不需要程序员自己实现了，一定程度上提升了效率，同时库函数的质量和执行效率上都更有保证。

各种编译器的标准库中提供了一系列的库函数，这些库函数根据功能的划分，都在不同的头文件中进行了声明。

你可以在这两个网站中了解更多的头文件和函数：

C/C++官方（有中文）
cplusplus.com

使用库函数

在上面的两个网站中，对于库函数的介绍大多都是同一种格式：

1. 函数原型
2. 函数功能介绍
3. 参数和返回类型说明
4. 代码举例
5. 代码输出

这里以 中的 sqrt 函数为例进行说明：

double sqrt (double x);
//sqrt 是函数名
//x 是函数的参数，表⽰调⽤sqrt函数需要传递⼀个double类型的值
//double 是返回值类型 - 表⽰函数计算的结果是double类型的值

Compute square root 计算平方根
Returns the square rootofx.(返回平方根)

//一个例子
#include 
#include 
int main()
{
 	double d = 16.0;
 	double r = sqrt(d);
 	printf("%lf\n", r);
 	return 0;
}

//运行结果

3. 自定义函数

为了保证代码的灵活性，并方便程序员的程序开发，C语言允许使用自定义函数。
基本格式如下：

ret_type fun_name(形式参数)
{

}

*ret_type* 是用来表示函数计算结果的类型，有时候返回类型可以是 void ，表示什么都不返回
*fun_name*  是为了方便使用函数;就像人的名字一样，有了名字方便称呼，函数有了名字方便调用，所以函数名尽量要根据函数的功能起的有意义。
括号中放的是形式参数
{}括起来的是函数体

有了上面的基础，不妨来尝试写一个简单的能完成2个整型变量的加法操作的函数吧！

#include 
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	//输⼊
	scanf("%d %d", &a, &b);
	//int r = ?;
	//调⽤加法函数，完成a和b的相加
	//求和的结果放在r中
	//to do
	//输出
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

参考函数：

int Add(int a, int b)
{
	int c = a + b;
	return c;
}
//或者可以简化一点
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

//然后只需要在main函数中使用一个int 变量 r 来接收这个函数的返回值就可以了！

int r = Add(a, b);

4. 形参与实参

在函数调用的时候，相关的参数分为实参（实际参数）和形参（形式参数），比如上面的加法函数的完整版：

#include 
int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z = x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	int r = Add(a, b);
	printf("%d\n", r);
	return 0;
}

在

int r = Add(a, b);

这一行代码中，向Add函数传递了两个参数，这两个参数就是实参。

而在

int Add(int x, int y)

这里的两个参数，就是形参。

实参和形参的关系

通过调试，我们看到各个变量的实际地址，对上面的代码进行调试：

通过监视窗口，我们可以清晰地发现，实参与形参的地址完全不同，所以我们可以理解为形参是实参的⼀份临时拷贝。
这就意味着在函数中对形参的大小进行改变不会影响实参！

5. return 语句

在函数的设计中，函数中经常会出现return语句，这里讲-下return语句使用的注意事项。

return后边可以是一个数值，也可以是一个表达式，如果是表达式则先执行表达式，再返回表达式的结果。
return后边也可以什么都没有，直接写 return;这种写法适合函数返回类型是void的情况。
return返回的值和函数返回类型不一致，系统会自动将返回的值隐式转换为函数的返回类型。
return语句执行后，函数就彻底返回，后边的代码不再执行。
如果函数中存在if等分支的语句，则要保证每种情况下都有return返回，否则会出现编译错误。

6. 数组做函数参数

在使用函数解决问题的时候，难免会将数组作为参数传递给函数，在函数内部对数组进行操作。
比如:写一个函数将一个整型数组的内容，全部置为 -1 ，再写一个函数打印数组的内容。
简单思考一下，基本的形式应该是这样的：

#include 
int main()
{
 int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 set_arr();//设置数组内容为-1
 print_arr();//打印数组内容
 return 0;
}

接下来就是实现 set_arr() 和 print_arr()了。
我们在这两个函数中都要访问数组的所有元素，那么就需要遍历数组元素，那么传递给函数的参数除了arr[]外，还需要传递数组的大小。
既然如此，那么这个函数应该怎么设计呢？
数组作为参数传递给了set_arr 和 print_arr 函数了，那这两个函数应该如何设计呢？
这里我们需要知道数组传参的几个重点知识：

•  函数的形式参数要和函数的实参个数匹配
•  函数的实参是数组，形参也是可以写成数组形式的
•  形参如果是⼀维数组，数组大小可以省略不写
•  形参如果是⼆维数组，行可以省略，但是列不能省略
•  数组传参，形参是不会创建新的数组的
•  形参操作的数组和实参的数组是同⼀个数组

根据以上信息，我们可以设计出这两个函数完成既定目标：

void set_arr(int arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		arr[i] = 1;
	}
}

void print_arr(int arr[], int sz)
{
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d\n", arr[i]);
	}
}

7. 嵌套调用和链式访问

嵌套调用

嵌套调用就是函数之间的互相调用，每个函数就像一个乐高零件，正是因为多个乐高的零件互相无缝的配合才能搭建出精美的乐高玩具，也正是因为函数之间有效的互相调用，最后才能写出来相对大型的程序。
比如说我们要计算某一年某月的天数，就可以通过两个函数的嵌套完成。
• is_leap_year()：根据年份确定是否是闰年
• get_days_of_month()：调⽤is_leap_year确定是否是闰年后，再根据月计算这个月的天数

int is_leap_year(int year)
{
	if(year%100!=0&&year%4==0||year%400==0)
		return 1;
	else
		return 0;
}

int get_days_of_month(int year,int month)
{
	int days[] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
	int day = days[month];
	if (is_leap_year(year) && month == 2)
		day++;
	return day;

}

今后我们将会写出的比较复杂的代码都会涉及函数的嵌套，但请注意，函数的调用可以嵌套，但函数的定义不能。

链式访问

所谓链式访问就是将一个函数的返回值作为另外一个函数的参数，像链条一样将函数串起来就是函数的链式访问。
比如我们来看下面的代码：

#include 
int main()
{
 	printf("%d", printf("%d", printf("%d", 43)));
	return 0;
}

提示：printf的返回值是priintf打印出的字符个数。
上面的例子中，我们就第一个printf打印的是第二个printf的返回值，第二个printf打印的是第三个printf的返回值。
第三个printf打印43，在屏幕上打印2个字符，再返回2
第二个printf打印2，在屏幕上打印1个字符，再放回1
第一个printf打印1
所以屏幕上最终打印:4321

8. 函数的声明与定义

单个文件中

在单个文件中，函数需要先声明在使用
假如我们这么写：

#include 
int main()
{
 int y = 0;
 scanf("%d", &y);
 int r = is_leap_year(y);
 if(r == 1)
 printf("闰年\n");
 else
 printf("⾮闰年\n");
 return 0;
}

//判断⼀年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
 if(((y%4==0)&&(y%100!=0)) || (y%400==0))
 return 1;
 else
 return 0;
}

VS2022就会给出这样的警告：

这是因为C语言编译器对源代码进行编译的时候，从第一行往下扫描的，当遇到第7行的is_leap_yeal函数调用的时候，并没有发现前面有is_leap_year的定义，就报出了上述的警告。
把怎么解决这个问题呢?就是函数调用之前先声明一下is_leap_year这个函数，声明函数只要交代清楚:函数名，函数的返回类型和函数的参数。
如:int is_leap_year(inty);这就是函数声明，函数声明中参数只保留类型，省略掉名字也是可以的。

那么，只要这样修改一下，就可以了：

#include 
int is_leap_year(int y);//函数声明
int main()
{
	int y = 0;
	scanf("%d", &y);
	int r = is_leap_year(y);
	if (r == 1)
		printf("闰年\n");
	else
		printf("非闰年\n");
	return 0;
}

//判断⼀年是不是闰年
int is_leap_year(int y)
{
	if (((y % 4 == 0) && (y % 100 != 0)) || (y % 400 == 0))
		return 1;
	else
		return 0;
}

注意：函数定义也是一种特殊的声明，因此，函数先定义再使用也是可以的。

多个文件

实际上，在企业或是我们自己做的大型项目中往往不不会将所有的代码都放在一个文件中；我们往往会根据程序的功能，将代码拆分放在多个文件中。

一般情况下，函数的声明、类型的声明放在头文件（.h）中，函数的实现是放在源文件（.c）文件中。
比如：
add.h

//函数声明
int add(int x,int y);

add.c

//函数定义
int add(int x,int y)
{
	return x+y;
}

test.c

#include
int main()
{
	int x=1;
	int y=2;
	int z=add(x,y);//使用函数
	printf("%d",z);
}

这样在制作更为复杂的项目时，我们就能更灵活地编写代码了。

static 和 extern

static 和 extern 都是C语言中的关键字。
static 是 “静态的” 的意思，可以用来:

修饰局部变量
修饰全局变量
修饰函数

extern 是用来声明外部符号的。

作用域和生命周期

在详细讲解这两个关键字之前，有必要了解一下作用域和生命周期。

作用域(scope)是程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效(可用)的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

1.局部变量的作用域是变量所在的局部范围。
2.全局变量的作用域是整个工程(项目)。

生命周期指的是变量的创建(申请内存)到变量的销毁(收回内存)之间的一个时间段。

1.局部变量的生命周期是:进入作用域变量创建，生命周期开始，出作用域生命周期结束。
2.全局变量的生命周期是:整个程序的生命周期。

修饰局部变量

我们不妨先看两个代码
代码一：

#include

void test()
{
	int a = 0;
	a++;
	printf("%d ", a);
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		test();
	}

	return 0;
}

代码二：

#include

void test()
{
	static int a = 0;//注意这里int a 被 static 修饰
	a++;
	printf("%d ", a);
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		test();
	}

	return 0;
}

结果分别如下：
代码一

代码二

对比代码1和代码2的效果，理解 static 修饰局部变量的意义。

代码1的test函数中的局部变量 i 是每次进入test函数先创建变量(生命周期开始)并赋值为0，然后再打印，出函数的时候变量生命周期将要结束(释放内存)。

代码2中，我们从输出结果来看，i 的值有累加的效果，其实 test 函数中的 i 创建好后，出函数的时候是不会销毁的，重新进入函数也就不会重新创建变量，直接上次累积的数值继续计算。

结论：static修饰局部变量改变了变量的生命周期，生命周期改变的本质是改变了变量的存储类型，本来一个局部变量是存储在内存的栈区的，但是被 static 修饰后存储到了静态区。存储在静态区的变量和全局变量是一样的，生命周期就和程序的生命周期⼀样了，只有程序结束，变量才销毁，内存才回收。但是作用域不变。

因此，如果一个变量出了函数后，我们还想保留值，等下次进入函数继续使用，就可以使用 static 修饰。

修饰全局变量和函数

satic 修饰全局变量就涉及到 extern 的用法了。

假如工程中有两个 .c 文件，add.c 和 test.c
而 add.c 中有一个全局变量 num，如果我想在 test.c 中使用这个变量，就可以这么做：

add.c

int num = 2024;

test.c

#include
extern int num;//导入另一个文件中的全局变量
int main()
{
	printf("%d\n", num);
	return 0;
}

这样就可以在文件中使用其他文件中的全局变量了。

而有时候，如果不想让文件中的全局变量被其他文件访问，就可以做出如下修改：

add.c

static int num=2024;

这样，全局变量就不能被其他文件调用了。

本质原因是全局变量默认是具有外部链接属性的，在外部的文件中想使用，只要适当的声明就可以使用;但是全局变量被 static 修饰之后，外部链接属性就变成了内部链接属性，只能在自己所在的源文件内部使用了，其他源文件，即使声明了，也是无法正常使用的。

而函数同理，函数同样默认是具有外部链接属性的，只要使用例如：

extern int add(int x,int y);

就可以使用了，也可以在函数定义时使用 static 修饰使其变成内部链接属性。

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