C 函数
函数是一组一起执行一个任务的语句。每个 C 程序都至少有一个函数,即主函数 main() ,所有简单的程序都可以定义其他额外的函数。
您可以把代码划分到不同的函数中。如何划分代码到不同的函数中是由您来决定的,但在逻辑上,划分通常是根据每个函数执行一个特定的任务来进行的。
函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体。
C 标准库提供了大量的程序可以调用的内置函数。例如,函数 strcat() 用来连接两个字符串,函数 memcpy() 用来复制内存到另一个位置。
函数还有很多叫法,比如方法、子例程或程序,等等。
定义函数
C 语言中的函数定义的一般形式如下:
return_type function_name( parameter list )
{
body of the function
}
在 C 语言中,函数由一个函数头和一个函数主体组成。下面列出一个函数的所有组成部分:
- 返回类型:一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值,在这种情况下,return_type 是关键字 void。
- 函数名称:这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
- 参数:参数就像是占位符。当函数被调用时,您向参数传递一个值,这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的,也就是说,函数可能不包含参数。
- 函数主体:函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。
【示例】函数定义
1 /* 函数返回两个数中较大的那个数 */ 2 int max(int num1, int num2) 3 { 4 /* 局部变量声明 */ 5 int result; 6 7 if (num1 > num2) 8 result = num1; 9 else 10 result = num2; 11 12 return result; 13 }
函数声明
函数声明会告诉编译器函数名称及如何调用函数。函数的实际主体可以单独定义。
函数声明包括以下几个部分:
1 return_type function_name( parameter list );
针对上面定义的函数 max(),以下是函数声明:
int max(int num1, int num2);
在函数声明中,参数的名称并不重要,只有参数的类型是必需的,因此下面也是有效的声明:
int max(int, int);
当您在一个源文件中定义函数且在另一个文件中调用函数时,函数声明是必需的。在这种情况下,您应该在调用函数的文件顶部声明函数。
调用函数
创建 C 函数时,会定义函数做什么,然后通过调用函数来完成已定义的任务。
当程序调用函数时,程序控制权会转移给被调用的函数。被调用的函数执行已定义的任务,当函数的返回语句被执行时,或到达函数的结束括号时,会把程序控制权交还给主程序。
调用函数时,传递所需参数,如果函数返回一个值,则可以存储返回值。例如:
1 #include <stdio.h> 2 3 /* 函数声明 */ 4 int max(int num1, int num2); 5 6 int main () 7 { 8 /* 局部变量定义 */ 9 int a = 100; 10 int b = 200; 11 int ret; 12 13 /* 调用函数来获取最大值 */ 14 ret = max(a, b); 15 16 printf( "Max value is : %d ", ret ); 17 18 return 0; 19 } 20 21 /* 函数返回两个数中较大的那个数 */ 22 int max(int num1, int num2) 23 { 24 /* 局部变量声明 */ 25 int result; 26 27 if (num1 > num2) 28 result = num1; 29 else 30 result = num2; 31 32 return result; 33 }
函数参数
如果函数要使用参数,则必须声明接受参数值的变量。这些变量称为函数的形式参数。
形式参数就像函数内的其他局部变量,在进入函数时被创建,退出函数时被销毁。
当调用函数时,有两种向函数传递参数的方式:
调用类型 | 描述 |
---|---|
传值调用 | 该方法把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下,修改函数内的形式参数不会影响实际参数。 |
引用调用 | 通过指针传递方式,形参为指向实参地址的指针,当对形参的指向操作时,就相当于对实参本身进行的操作。 |
默认情况下,C 使用传值调用来传递参数。一般来说,这意味着函数内的代码不能改变用于调用函数的实际参数。
【示例】传值调用函数
1 #include <stdio.h> 2 3 /* 函数声明 */ 4 void swap(int x, int y); 5 6 int main () 7 { 8 /* 局部变量定义 */ 9 int a = 100; 10 int b = 200; 11 12 printf("交换前,a 的值: %d ", a ); 13 printf("交换前,b 的值: %d ", b ); 14 15 /* 调用函数来交换值 */ 16 swap(a, b); 17 18 printf("交换后,a 的值: %d ", a ); 19 printf("交换后,b 的值: %d ", b ); 20 21 return 0; 22 }
执行结果:
交换前,a 的值: 100 交换前,b 的值: 200 交换后,a 的值: 100 交换后,b 的值: 200
上面的示例表明了,虽然在函数内改变了 a 和 b 的值,但是实际上 a 和 b 的值没有发生变化。
【示例】传引用调用函数
1 #include <stdio.h> 2 3 /* 函数声明 */ 4 void swap(int *x, int *y); 5 6 int main () 7 { 8 /* 局部变量定义 */ 9 int a = 100; 10 int b = 200; 11 12 printf("交换前,a 的值: %d ", a ); 13 printf("交换前,b 的值: %d ", b ); 14 15 /* 调用函数来交换值 16 * &a 表示指向 a 的指针,即变量 a 的地址 17 * &b 表示指向 b 的指针,即变量 b 的地址 18 */ 19 swap(&a, &b); 20 21 printf("交换后,a 的值: %d ", a ); 22 printf("交换后,b 的值: %d ", b ); 23 24 return 0; 25 }
执行结果:
1 交换前,a 的值: 100 2 交换前,b 的值: 200 3 交换后,a 的值: 200 4 交换后,b 的值: 100
与传值调用不同,引用调用在函数内改变了 a 和 b 的值,实际上也改变了函数外 a 和 b 的值。这里涉及到C指针的概念,我们会在下面进行详细说明。
C 指针
正如您所知道的,每一个变量都有一个内存位置,每一个内存位置都定义了可使用连字号(&)运算符访问的地址,它表示了在内存中的一个地址。请看下面的实例,它将输出定义的变量地址:
1 #include <stdio.h> 2 3 int main () 4 { 5 int var1; 6 char var2[10]; 7 8 printf("var1 变量的地址: %p ", &var1 ); 9 printf("var2 变量的地址: %p ", &var2 ); 10 11 return 0; 12 }
执行结果:
1 var1 变量的地址: 0x7fff5cc109d4 2 var2 变量的地址: 0x7fff5cc109de
什么是指针?
指针是一个变量,其值为另一个变量的地址,即,内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样,您必须在使用指针存储其他变量地址之前,对其进行声明。指针变量声明的一般形式为:
type *var-name;
在这里,type 是指针的基类型,它必须是一个有效的 C 数据类型,var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是,在这个语句中,星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明:
1 int *ip; /* 一个整型的指针 */ 2 double *dp; /* 一个 double 型的指针 */ 3 float *fp; /* 一个浮点型的指针 */ 4 char *ch; /* 一个字符型的指针 */
所有指针的值的实际数据类型,不管是整型、浮点型、字符型,还是其他的数据类型,都是一样的,都是一个代表内存地址的长的十六进制数。不同数据类型的指针之间唯一的不同是,指针所指向的变量或常量的数据类型不同。
如何使用指针?
使用指针时会频繁进行以下几个操作:定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作:
1 #include <stdio.h> 2 3 int main () 4 { 5 int var = 20; /* 实际变量的声明 */ 6 int *ip; /* 指针变量的声明 */ 7 8 ip = &var; /* 在指针变量中存储 var 的地址 */ 9 10 printf("Address of var variable: %p ", &var ); 11 12 /* 在指针变量中存储的地址 */ 13 printf("Address stored in ip variable: %p ", ip ); 14 15 /* 使用指针访问值 */ 16 printf("Value of *ip variable: %d ", *ip ); 17 18 return 0; 19 }
执行结果:
Address of var variable: bffd8b3c Address stored in ip variable: bffd8b3c Value of *ip variable: 20
C 中的 NULL 指针
在变量声明的时候,如果没有确切的地址可以赋值,为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。
NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。请看下面的程序:
1 #include <stdio.h> 2 3 int main () 4 { 5 int *ptr = NULL; 6 7 printf("ptr 的地址是 %p ", ptr ); 8 9 return 0; 10 }
执行结果:
ptr 的地址是 0x0
在大多数的操作系统上,程序不允许访问地址为 0 的内存,因为该内存是操作系统保留的。然而,内存地址 0 有特别重要的意义,它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例,如果指针包含空值(零值),则假定它不指向任何东西。
如需检查一个空指针,您可以使用 if 语句,如下所示:
if(ptr) /* 如果 p 非空,则完成 */ if(!ptr) /* 如果 p 为空,则完成 */
C 指针的使用
1、指针的算术运算
C 指针是一个用数值表示的地址。因此,您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算:++、--、+、-。
假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针,是一个 32 位的整数,让我们对该指针执行下列的算术运算:
ptr++
在执行完上述的运算之后,ptr 将指向位置 1004,因为 ptr 每增加一次,它都将指向下一个整数位置,即当前位置往后移 4 个字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下,移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符,上面的运算会导致指针指向位置 1001,因为下一个字符位置是在 1001。
(1)递增一个指针
我们喜欢在程序中使用指针代替数组,因为变量指针可以递增,而数组不能递增,因为数组是一个常量指针。下面的程序递增变量指针,以便顺序访问数组中的每一个元素:
#include <stdio.h> const int MAX = 3; int main () { int var[] = {10, 100, 200}; int i, *ptr; /* 指针中的数组地址 */ ptr = var; for ( i = 0; i < MAX; i++) { printf("存储地址:var[%d] = %x ", i, ptr ); printf("存储值:var[%d] = %d ", i, *ptr ); /* 移动到下一个位置 */ ptr++; } return 0; }
执行结果:
1 存储地址:var[0] = bf882b30 2 存储值:var[0] = 10 3 存储地址:of var[1] = bf882b34 4 存储值: var[1] = 100 5 存储地址:of var[2] = bf882b38 6 存储值:var[2] = 200
(2)递减一个指针
同样地,对指针进行递减运算,即把值减去其数据类型的字节数,如下所示:
1 #include <stdio.h> 2 3 const int MAX = 3; 4 5 int main () 6 { 7 int var[] = {10, 100, 200}; 8 int i, *ptr; 9 10 /* 指针中最后一个元素的地址 */ 11 ptr = &var[MAX-1]; 12 for ( i = MAX; i > 0; i--) 13 { 14 15 printf("存储地址:var[%d] = %x ", i-1, ptr ); 16 printf("存储值:var[%d] = %d ", i-1, *ptr ); 17 18 /* 移动到下一个位置 */ 19 ptr--; 20 } 21 return 0; 22 }
执行结果:
1 存储地址:var[2] = 518a0ae4 2 存储值:var[2] = 200 3 存储地址:var[1] = 518a0ae0 4 存储值:var[1] = 100 5 存储地址:var[0] = 518a0adc 6 存储值:var[0] = 10
(3)指针的比较
指针可以用关系运算符进行比较,如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量,比如同一个数组中的不同元素,则可对 p1 和 p2 进行大小比较。
下面的程序修改了上面的实例,只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1],则把变量指针进行递增:
1 #include <stdio.h> 2 3 const int MAX = 3; 4 5 int main () 6 { 7 int var[] = {10, 100, 200}; 8 int i, *ptr; 9 10 /* 指针中第一个元素的地址 */ 11 ptr = var; 12 i = 0; 13 while ( ptr <= &var[MAX - 1] ) 14 { 15 16 printf("Address of var[%d] = %x ", i, ptr ); 17 printf("Value of var[%d] = %d ", i, *ptr ); 18 19 /* 指向上一个位置 */ 20 ptr++; 21 i++; 22 } 23 return 0; 24 }
执行结果:
Address of var[0] = bfdbcb20 Value of var[0] = 10 Address of var[1] = bfdbcb24 Value of var[1] = 100 Address of var[2] = bfdbcb28 Value of var[2] = 200
2、指针数组
可以把 ptr 声明为一个数组,由 MAX 个整数指针组成。因此,ptr 中的每个元素,都是一个指向 int 值的指针。下面的实例用到了三个整数,它们将存储在一个指针数组中,如下所示:
1 #include <stdio.h> 2 3 const int MAX = 3; 4 5 int main () 6 { 7 int var[] = {10, 100, 200}; 8 int i, *ptr[MAX]; 9 10 for ( i = 0; i < MAX; i++) 11 { 12 ptr[i] = &var[i]; /* 赋值为整数的地址 */ 13 } 14 for ( i = 0; i < MAX; i++) 15 { 16 printf("Value of var[%d] = %d ", i, *ptr[i] ); 17 } 18 return 0; 19 }
执行结果:
Value of var[0] = 10 Value of var[1] = 100 Value of var[2] = 200
3、指向指针的指针
指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式,或者说是一个指针链。通常,一个指针包含一个变量的地址。当我们定义一个指向指针的指针时,第一个指针包含了第二个指针的地址,第二个指针指向包含实际值的位置。
一个指向指针的指针变量必须如下声明,即在变量名前放置两个星号。例如,下面声明了一个指向 int 类型指针的指针:
int **var;
【示例】
1 #include <stdio.h> 2 3 int main () 4 { 5 int var; 6 int *ptr; 7 int **pptr; 8 9 var = 3000; 10 11 /* 获取 var 的地址 */ 12 ptr = &var; 13 14 /* 使用运算符 & 获取 ptr 的地址 */ 15 pptr = &ptr; 16 17 /* 使用 pptr 获取值 */ 18 printf("Value of var = %d ", var ); 19 printf("Value available at *ptr = %d ", *ptr ); 20 printf("Value available at **pptr = %d ", **pptr); 21 22 return 0; 23 }
执行结果:
Value of var = 3000 Value available at *ptr = 3000 Value available at **pptr = 3000
4、传递指针给函数
C 语言允许您传递指针给函数,只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。
【示例】
1 #include <stdio.h> 2 #include <time.h> 3 4 void getSeconds(unsigned long *par); 5 6 int main () 7 { 8 unsigned long sec; 9 10 11 getSeconds( &sec ); 12 13 /* 输出实际值 */ 14 printf("Number of seconds: %ld ", sec ); 15 16 return 0; 17 } 18 19 void getSeconds(unsigned long *par) 20 { 21 /* 获取当前的秒数 */ 22 *par = time( NULL ); 23 return; 24 }
执行结果:
Number of seconds :1294450468
5、从函数返回指针
C 语言不支持在调用函数时返回局部变量的地址,除非定义局部变量为 static 变量。
现在,让我们来看下面的函数,它会生成 10 个随机数,并使用表示指针的数组名(即第一个数组元素的地址)来返回它们,具体如下:
1 #include <stdio.h> 2 #include <time.h> 3 #include <stdlib.h> 4 5 /* 要生成和返回随机数的函数 */ 6 int * getRandom( ) 7 { 8 static int r[10]; 9 int i; 10 11 /* 设置种子 */ 12 srand( (unsigned)time( NULL ) ); 13 for ( i = 0; i < 10; ++i) 14 { 15 r[i] = rand(); 16 printf("%d ", r[i] ); 17 } 18 19 return r; 20 } 21 22 /* 要调用上面定义函数的主函数 */ 23 int main () 24 { 25 /* 一个指向整数的指针 */ 26 int *p; 27 int i; 28 29 p = getRandom(); 30 for ( i = 0; i < 10; i++ ) 31 { 32 printf("*(p + [%d]) : %d ", i, *(p + i) ); 33 } 34 35 return 0; 36 }
执行结果:
1523198053 1187214107 1108300978 430494959 1421301276 930971084 123250484 106932140 1604461820 149169022 *(p + [0]) : 1523198053 *(p + [1]) : 1187214107 *(p + [2]) : 1108300978 *(p + [3]) : 430494959 *(p + [4]) : 1421301276 *(p + [5]) : 930971084 *(p + [6]) : 123250484 *(p + [7]) : 106932140 *(p + [8]) : 1604461820 *(p + [9]) : 149169022