機(jī)器人技術(shù)光盤2-c語(yǔ)言第10章函數(shù)

第10章函數(shù)寫一篇文章，如果只有幾百字，只需簡(jiǎn)單地分段，就可以得到比較清晰的文章結(jié)構(gòu)；但是如果是幾十頁(yè)或幾百頁(yè)的長(zhǎng)篇論文，那么就必須把內(nèi)容按照一定的次序分成多個(gè)章節(jié)來(lái)論述。寫程序也是一個(gè)道理：只是幾十行的話，可以簡(jiǎn)單地放在main函數(shù)中，通過(guò)空行和注釋等手段來(lái)說(shuō)明程序的段落；當(dāng)程序有幾百、幾千甚至幾萬(wàn)行時(shí)，就需要對(duì)程序分節(jié)、分章甚至分篇。C語(yǔ)言提供了函數(shù)來(lái)幫助程序員對(duì)程序?qū)崿F(xiàn)分節(jié)、分章或分篇的工作。本章將學(xué)習(xí)函數(shù)在C語(yǔ)言中的作用和使用函數(shù)時(shí)需要注意的一些問(wèn)題。第10章函數(shù)在本章的學(xué)習(xí)中，要重點(diǎn)掌握以下內(nèi)容：模塊化編程思想；函數(shù)的作用；函數(shù)的聲明；函數(shù)的形參列表；使用const形參；main函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式；如何向main函數(shù)傳值以及如何取得main函數(shù)的值。10.1什么是函數(shù)函數(shù)是程序?qū)崿F(xiàn)模塊化編程的基本單元，一般是完成某一特定功能的語(yǔ)句的集合；它可以提高程序的可讀性和可維護(hù)性，并可以提高代碼重用率。本節(jié)先介紹模塊化編程的思想，再介紹函數(shù)的定義和調(diào)用，并通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單范例來(lái)演示函數(shù)的使用。10.1.1模塊化編程所謂模塊化編程是指將程序劃分為一系列功能相互獨(dú)立的模塊，再以模塊為單元進(jìn)行開(kāi)發(fā)，最后合并到主程序的編程方法。在C語(yǔ)言中，會(huì)把功能獨(dú)立且完整的模塊封裝在函數(shù)中，由函數(shù)提供對(duì)外的接口，再在外部函數(shù)調(diào)用。這種模塊化編程是C語(yǔ)言面向過(guò)程編程的基本方法。10.1.2定義函數(shù)函數(shù)的定義由函數(shù)聲明和函數(shù)體兩部分組成。函數(shù)聲明又可以分為由函數(shù)返回值類型、函數(shù)名、參數(shù)列表、函數(shù)體以及函數(shù)操作符5個(gè)部分組成。標(biāo)準(zhǔn)形式如下：函數(shù)返回值類型函數(shù)名(參數(shù)類型1參數(shù)名1,參數(shù)類型1參數(shù)名2,…){/*函數(shù)體*/變量定義;函數(shù)操作;return語(yǔ)句;}10.1.2定義函數(shù)函數(shù)聲明也可以稱為函數(shù)原型，定義了函數(shù)作為模塊化編程的基本單元的接口：函數(shù)值類型對(duì)應(yīng)模塊出口，函數(shù)名對(duì)應(yīng)模塊名，參數(shù)列表對(duì)應(yīng)了模塊入口。函數(shù)返回值類型也稱為函數(shù)值類型，是由函數(shù)帶回的值的類型。函數(shù)名是函數(shù)的標(biāo)志符，其命名規(guī)范與其余變量名一致；但是函數(shù)名應(yīng)該能很清晰地反應(yīng)函數(shù)操作的內(nèi)容。參數(shù)列表是函數(shù)的傳入?yún)?shù)列表，依次將放在函數(shù)操作符，即小括號(hào)中。函數(shù)體，也被稱為函數(shù)塊，是一個(gè)放在花括號(hào)內(nèi)的復(fù)合語(yǔ)句。它包括三個(gè)部分：變量定義部分，函數(shù)操作部分，return語(yǔ)句。10.1.3調(diào)用函數(shù)函數(shù)調(diào)用表達(dá)式由函數(shù)名、函數(shù)操作符和逗號(hào)表達(dá)式三部分組成。逗號(hào)表達(dá)式一般為由逗號(hào)隔開(kāi)的若干個(gè)子表達(dá)式的集合。如下所示：函數(shù)名(參數(shù)表達(dá)式1,參數(shù)表達(dá)式2,…)函數(shù)名指明被調(diào)用的函數(shù)的名稱。逗號(hào)表達(dá)式一般為由逗號(hào)隔開(kāi)的若干個(gè)子表達(dá)式的集合，子表達(dá)式的個(gè)數(shù)必須與被調(diào)用的函數(shù)聲明的參數(shù)個(gè)數(shù)相同；如果函數(shù)聲明中的參數(shù)列表為空，逗號(hào)表達(dá)式也必須為空。10.1.3調(diào)用函數(shù)參數(shù)表達(dá)式與函數(shù)申明中的參數(shù)按從左到右的順序一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)表達(dá)式的值類型必須與函數(shù)聲明中的相應(yīng)參數(shù)類型一致；否則調(diào)用函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換失敗，那么這個(gè)函數(shù)調(diào)用就是錯(cuò)誤的。函數(shù)調(diào)用表達(dá)式的值由函數(shù)定義中的return語(yǔ)句的表達(dá)式值決定，類型為函數(shù)聲明中的函數(shù)值類型。10.1.3調(diào)用函數(shù)函數(shù)調(diào)用以及函數(shù)代碼的執(zhí)行過(guò)程如下：（1）運(yùn)行到函數(shù)調(diào)用表達(dá)式，先尋找具有該函數(shù)名的函數(shù)定義，再將函數(shù)聲明與函數(shù)定義的第一行進(jìn)行比較，函數(shù)返回值必須一致，形參個(gè)數(shù)必須與函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句中的實(shí)參個(gè)數(shù)相同，同時(shí)實(shí)參類型必須能自動(dòng)轉(zhuǎn)換為形參類型。（2）得到函數(shù)聲明后，準(zhǔn)備執(zhí)行函數(shù)代碼。編譯器保存主調(diào)函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)，以便于函數(shù)執(zhí)行完畢后繼續(xù)執(zhí)行主調(diào)函數(shù)代碼。10.1.3調(diào)用函數(shù)（3）開(kāi)始執(zhí)行函數(shù)，將函數(shù)調(diào)用表達(dá)式中的各個(gè)實(shí)參值傳遞給函數(shù)定義中相應(yīng)的各個(gè)形參，必要的情況下會(huì)自動(dòng)執(zhí)行類型轉(zhuǎn)換。這個(gè)過(guò)程叫“參數(shù)傳遞”。這時(shí)，形參才分配到內(nèi)存空間。（4）執(zhí)行函數(shù)體代碼。如果有return語(yǔ)句，執(zhí)行到return語(yǔ)句后，函數(shù)結(jié)束；如果函數(shù)中沒(méi)有return語(yǔ)句，會(huì)依次執(zhí)行完函數(shù)體所有代碼。（5）函數(shù)結(jié)束后，編譯器恢復(fù)在執(zhí)行函數(shù)代碼前保存的主調(diào)函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)，將函數(shù)返回值帶入到函數(shù)調(diào)用表達(dá)式所在語(yǔ)句，繼續(xù)代碼。10.1.3調(diào)用函數(shù)按照函數(shù)調(diào)用表達(dá)式出現(xiàn)的位置，函數(shù)調(diào)用方式可分為以下三種形式：1.單獨(dú)語(yǔ)句函數(shù)調(diào)用表達(dá)式可以單獨(dú)作為語(yǔ)句使用。例如范例10-1中調(diào)用void型函數(shù)print_array和void型函數(shù)transpose_array的語(yǔ)句，如下所示：print_array(array);transpose_array(array,transpose);10.1.3調(diào)用函數(shù)2.子表達(dá)式函數(shù)調(diào)用表達(dá)式還可以作為語(yǔ)句的一個(gè)子表達(dá)式使用，如下所示：b=square(5); /*要求函數(shù)值類型不為void型*/print_array(array),transpose_array(array,transpose); /*函數(shù)值類型可以為void型*/3.函數(shù)實(shí)參函數(shù)調(diào)用表達(dá)式還可以作為函數(shù)參數(shù)，這實(shí)際上是第二種情況的特殊方式。實(shí)例如下：c=max(a,min(a,b));/*要求min函數(shù)返回類型不為void型*/d=min(a,min(a,b));/*要求min函數(shù)返回類型不為void型*/10.1.4函數(shù)使用舉例下面圍繞一個(gè)范例來(lái)討論函數(shù)的使用。該范例將加法、減法和乘法運(yùn)算封裝在函數(shù)中，通過(guò)函數(shù)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的加法、減法和乘法運(yùn)算。10.1.5范例的改進(jìn)對(duì)于范例10-2中的函數(shù)體代碼和函數(shù)調(diào)用代碼還可以進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。其中，sum函數(shù)、dif函數(shù)和pro函數(shù)中定義的變量tmp都是臨時(shí)變量，可以省略。例如，函數(shù)sum的實(shí)現(xiàn)與下面這段相對(duì)簡(jiǎn)單的代碼功能完全一樣，代碼如下：intsum(constinta,constintb){returna+b;}10.2函數(shù)聲明如前文所述，一個(gè)完整的函數(shù)聲明包括函數(shù)值類型、函數(shù)名和參數(shù)列表三個(gè)部分組成。完整的函數(shù)聲明定義了一個(gè)功能模塊的接口。本小節(jié)將介紹函數(shù)聲明的標(biāo)準(zhǔn)形式，將聲明與定義進(jìn)行比較，讓讀者更清楚兩者的關(guān)系；然后將依次討論函數(shù)聲明中的函數(shù)值和參數(shù)列表，最后還討論了函數(shù)怠const形參等問(wèn)題。10.2.1聲明的形式函數(shù)聲明可以作為單獨(dú)語(yǔ)句使用，形式如下：函數(shù)值類型函數(shù)名(參數(shù)類型1形參1,參數(shù)類型2形參2,…)例如，范例10-3中的四個(gè)函數(shù)聲明分別如下：voidprint_data(constinta,constintb)intsum(constinta,constintb)intdif(constinta,constintb)intpro(constinta,constintb)10.2.1聲明的形式函數(shù)也可以視為一個(gè)變量，函數(shù)聲明即變量聲明，函數(shù)名即變量名。該函數(shù)變量的類型可以稱為函數(shù)類型，其形式一般為函數(shù)聲明中去掉函數(shù)名的剩余部分，即：函數(shù)值類型(參數(shù)類型1形參1,參數(shù)類型2形參2,…);由于函數(shù)操作符為后置操作符，必須放在變量名后面，所以聲明函數(shù)型變量時(shí)，變量名得放在函數(shù)操作符前（與數(shù)組類型相似）。所以上面的4個(gè)函數(shù)類型名分別如下：print_data的類型為：void(constinta,constintb)sum的類型為：int(constinta,constintb)dif的類型為：int(constinta,constintb)pro的類型為：int(constinta,constintb)10.2.1聲明的形式又例如，范例10-1中的兩個(gè)函數(shù)聲明如下：voidprint_array(intarray[SIZE][SIZE])voidtranspose_array(intarray[SIZE][SIZE],inttranspose[SIZE][SIZE])這兩行語(yǔ)句可以視為聲明了兩個(gè)函數(shù)變量，其中變量print_array的類型被聲明為：void(intarray[SIZE][SIZE])而變量transpose_array的類型被聲明為：void(intarray[SIZE][SIZE],inttranspose[SIZE][SIZE])10.2.2聲明與定義與變量一樣，函數(shù)的聲明和定義也是有嚴(yán)格區(qū)別的。函數(shù)聲明確定了一個(gè)函數(shù)的接口，告訴編譯器該函數(shù)的函數(shù)名、函數(shù)值類型以及形參列表中形參的個(gè)數(shù)和順序；而函數(shù)定義則確立了一個(gè)函數(shù)的功能，不僅僅包含了函數(shù)聲明所有的信息，還包含了形參的名字和函數(shù)體。在C程序中，一個(gè)函數(shù)變量可以被多次聲明（當(dāng)然，所有聲明不能沖突），但是函數(shù)定義只能有一個(gè)。函數(shù)定義不能放在其他函數(shù)內(nèi)，而函數(shù)聲明則可以。提示：函數(shù)定義之外的聲明中的形參列表的所有參數(shù)類型名必須與函數(shù)定義中的參數(shù)類型一致，但是聲明的參數(shù)名可以不一樣。實(shí)際上，函數(shù)定義外的函數(shù)聲明中的參數(shù)名是沒(méi)有用處的。10.3.1函數(shù)值類型函數(shù)值類型可以是整型、浮點(diǎn)型、字符型，也可以是自定義類型（typedef的結(jié)果）。下面是幾個(gè)函數(shù)聲明的實(shí)例：01 intget_value(void);02 doublemax(doublenum1,doublenum2);03 charupletter(charc);10.3.1函數(shù)值類型例如，需要返回一個(gè)char型數(shù)組的函數(shù)，其聲明形式如下：char*function(形參列表);其中，char*是一個(gè)char型指針類型。10.3.2形參列表1.形參列表的兩種形式作為函數(shù)定義一部分的函數(shù)聲明中，形參列表必須為每個(gè)參數(shù)的聲明類型和參數(shù)名，例如：函數(shù)值類型函數(shù)名(參數(shù)類型1形參名1,參數(shù)類型2形參名2,…);而在函數(shù)定義外的函數(shù)聲明中，參數(shù)列表中可以只列出參數(shù)類型，如下所示：函數(shù)值類型函數(shù)名(參數(shù)類型1,參數(shù)類型2,…);10.3.2形參列表2.使用空列表參數(shù)列表也可以是空的，表示沒(méi)有參數(shù)。例如，范例10-5中第11行的就聲明了一個(gè)參數(shù)列表為空的函數(shù)，如下所示：inthello_mark(void)也可以寫為：inthello_mark()要聲明一個(gè)無(wú)形參的函數(shù)時(shí)，建議使用void型作為函數(shù)列表內(nèi)容，以顯式地說(shuō)明不需要參數(shù)。10.3.2形參列表3.實(shí)參到形參的值傳遞調(diào)用函數(shù)時(shí)，只能把實(shí)參的值傳遞給形參，而形參不能改變實(shí)參的值。二者之間的值傳遞過(guò)程可以簡(jiǎn)單地理解為：調(diào)用函數(shù)后，每個(gè)形參都初始化為相對(duì)應(yīng)的實(shí)參，如下所示：參數(shù)類型1形參1=實(shí)參1;參數(shù)類型2形參2=實(shí)參2;……10.3.3函數(shù)值當(dāng)函數(shù)值類型不為void型時(shí)，函數(shù)返回值就可以作為函數(shù)調(diào)用表達(dá)式中的一個(gè)操作數(shù)來(lái)使用。一個(gè)函數(shù)的函數(shù)值一般有兩種用途：1.信息載體函數(shù)可以使用return語(yǔ)句將函數(shù)內(nèi)的某個(gè)值帶到函數(shù)外，如果需要返回的信息只需要一個(gè)數(shù)值來(lái)傳遞，那么可以選擇將這個(gè)信息作為返回值帶到函數(shù)外。下面是兩個(gè)把返回值作為信息載體的例子。10.3.3函數(shù)值2.指示執(zhí)行狀態(tài)當(dāng)函數(shù)的執(zhí)行有多個(gè)分支，而函數(shù)外部又需要知道函數(shù)內(nèi)部執(zhí)行的是哪一個(gè)分支時(shí)，可以在函數(shù)內(nèi)部使用一個(gè)標(biāo)志變量來(lái)記錄執(zhí)行的分支，最后使用return語(yǔ)句將該值返回。在函數(shù)外部，通過(guò)檢查該標(biāo)志的值，就可以判斷函數(shù)執(zhí)行了那一個(gè)分支。10.3.4使用const形參在第4.5節(jié)中已經(jīng)討論了關(guān)于const限定詞的功能和使用方法。在本章之前的程序代碼中，很多形參在聲明中也使用了const限定詞，其作用是為了避免只讀變量被修改，即聲明為const變量的形參在函數(shù)中不能被修改，這樣做還可以最大限度地利用編譯器的優(yōu)化功能。10.3.4使用const形參下列是前面的程序中的使用了const限定詞的部分函數(shù)聲明：intsum(constinta,constintb) /*范例10-3第4行*/intdif(constinta,constintb) /*范例10-3第12行*/intpro(constinta,constintb) /*范例10-3第16行*/intcube(constintx) /*范例10-7第4行*/intsearch_data(constintarray[],constintsize,constinttarget) /*范例10-8第7行*/10.4函數(shù)體函數(shù)體是函數(shù)的具體功能操作的代碼實(shí)現(xiàn)，是C函數(shù)的主體。在前面已經(jīng)簡(jiǎn)要地介紹過(guò)函數(shù)體一般由變量定義、函數(shù)操作和return語(yǔ)句三部分組成。本節(jié)將討論函數(shù)體的一些特性以及編寫函數(shù)體需要注意的問(wèn)題。注意：函數(shù)體可以為空。函數(shù)體為空的函數(shù)的什么都不做，不會(huì)執(zhí)行任何操作。例如：voidcreateButton(constintname,intflag){}10.4.1定義變量變量定義就是定義函數(shù)中需要用到的變量。C函數(shù)中的變量定義必須都放在函數(shù)體的最前面，允許變量定義之間有空行，但不能包括函數(shù)操作。10.4.2檢查形參由于形參值從實(shí)參而來(lái)，如果調(diào)用時(shí)使用了異常的實(shí)參值，就有可能導(dǎo)致函數(shù)執(zhí)行時(shí)發(fā)生一些異常錯(cuò)誤。因此，在函數(shù)體中對(duì)形參進(jìn)行操作前，有必要先檢查形參值的合法性。10.4.3return語(yǔ)句C函數(shù)中的return語(yǔ)句的功能是計(jì)算返回值，并結(jié)束函數(shù)。return語(yǔ)句一般由關(guān)鍵字return和表達(dá)式兩部分組成，如下：return表達(dá)式;執(zhí)行該語(yǔ)句時(shí)，先計(jì)算表達(dá)式的值，該值為函數(shù)返回值，再結(jié)束函數(shù)。10.5main函數(shù)main函數(shù)是C語(yǔ)言中的最特殊的函數(shù)。它是C程序的入口，每一個(gè)C程序都必須包含main函數(shù)。但是由于一些歷史的原因，導(dǎo)致main函數(shù)的聲明和使用有些混亂。本節(jié)將按照C99標(biāo)準(zhǔn)來(lái)介紹main函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)聲明形式和函數(shù)值類型，以及如何向main函數(shù)傳遞參數(shù)，最后還討論了main函數(shù)的函數(shù)值。10.5.1main函數(shù)的聲明main函數(shù)也是函數(shù)，它的標(biāo)準(zhǔn)聲明也含有函數(shù)值類型和形參列表。C99標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，main的返回值類型必須為int，而形參列表可以為空，也可以帶兩個(gè)兩個(gè)形參。其標(biāo)準(zhǔn)聲明形式如下：intmain(void)intmain(intargc,char*argv[])其中，第二種聲明方式可以從外面程序接收參數(shù)。變量argc為int型，保存參數(shù)個(gè)數(shù)；變量argv為字符串?dāng)?shù)組型，以字符串?dāng)?shù)組形式保存?zhèn)魅雲(yún)?shù)的內(nèi)容。警告：除上述兩種聲明方法之外的其余所有聲明方法都是不建議使用或是錯(cuò)誤的。10.5.2函數(shù)值類型C99標(biāo)準(zhǔn)中，只接受返回值類型為int型的main函數(shù)。但是，在使用main函數(shù)時(shí)，有的程序員甚至介紹C語(yǔ)言的書常常會(huì)將函數(shù)值類型省略或者聲明為void型。省略函數(shù)值類型時(shí)不推薦的，而聲明為void型則是錯(cuò)誤的。10.5.2函數(shù)值類型1.不能省略函數(shù)值類型由于C語(yǔ)言一開(kāi)始只有int型一種數(shù)據(jù)類型，所以開(kāi)始的main函數(shù)返回類型都是int型。既然只可能是一種類型，因此實(shí)現(xiàn)時(shí)便允許省略返回類型，可以寫為：main()或main(intargc,char*argv[])這種寫法在C89標(biāo)準(zhǔn)中是可以接受的，大部分C編譯器為了兼容之前的版本也允許這種聲明方法。但這是不建議的聲明方法，在C99標(biāo)準(zhǔn)中要求編譯器要對(duì)這種用法給以警告。10.5.2函數(shù)值類型2.不能使用void型作為函數(shù)值類型在C語(yǔ)言中，當(dāng)一個(gè)函數(shù)function無(wú)需返回值時(shí)，可以將其聲明為void型，例如：voidfunction(void);因此，有的程序員就以為如果main函數(shù)不需要返回值時(shí)，也可以聲明為void型，如下所示：voidmain(void)或voidmain(intargc,char*argv[])有些編譯器（例如VisualC++6.0）也接受這種聲明方法，C標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定main函數(shù)的返回值類型為int型，因此這種聲明方法是錯(cuò)誤的。10.5.2函數(shù)值類型3.可以使用自定義類型作為函數(shù)值類型返回值類型也可以使用typedef自定義的數(shù)據(jù)類型名來(lái)代替，例如：#defineintBIT32BIT32main(void);或#defineintBIT32BIT32main(intargc,char*argv[])10.5.3向main函數(shù)傳遞參數(shù)main函數(shù)的形參列表可以為void型，此時(shí)main函數(shù)不接受任何傳入?yún)?shù)；也可以帶兩個(gè)形參，int型變量和字符串?dāng)?shù)數(shù)組型變量，變量名建議為argc和argv。聲明如下：intmain(intargc,char*argv[])其中，argc的類型名int型也可以使用typedef自定義的數(shù)據(jù)類型名來(lái)代替，例如：#defineintBIT32intmain(BIT32argc,char*argv[])10.5.3向main函數(shù)傳遞參數(shù)char