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:

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