第5章 函數(修改版).ppt

1、1,第五章 函 數,結構化(模塊化)程序設計基礎,2,5.1.1 函數的概念 、模塊化及優(yōu)點為模塊化而提出函數 結構化程序設計要求：將復雜的系統(tǒng)，按照自頂向下、逐步細化的設計方法，劃分為相對獨立的、功能較為單一的子系統(tǒng)的組合。每個子系統(tǒng)稱為模塊，在C語言中就是子函數(函數)。,復雜問題,main(),a塊,b塊,c塊,a1塊,a2塊,b1塊,b2塊,c1塊,c2塊,各模塊之間的連接 （如帶參數調用）稱之為接口。,模塊化的6個優(yōu)點： 功能單一完整;可以獨立設計;單獨調試;易于維護;通用性強；便于分工協(xié)作。,5.1 函數概述,3,、按照不同的分類方法，函數可分為 (5 類)： 、用戶型和系統(tǒng)型(又

2、稱標準庫函數，參見實驗指導后的附錄和教材5.3）函數之分。 、主函數和子函數（即調用和被調用）之分。 、有參函數和無參函數之分。 、有具體返回值和無具體返回值型函數之分。 、內部函數和外部函數之分： 內部函數：存儲類型以 static 定義的，即只能在本文件中使用。 外部函數：存儲類型以 extern(或省略)定義的，即既可被本文件(如a1.c)中的函數調用, 也可被其它文件(如a2.c)中的函數調用)。,4,、用戶子函數(函數) 結構和執(zhí)行過程引例 ：,#include void main(void ) int a,b,c; scanf ( “%d,%d” , ,主函數,函數的類型，決定返回

3、值的類型。,函數名：用標識符命名，是引用函數的標識，并得到返回值。,子函數的形式參數(接口參數)說明表。,子函數定義一般要5確定： 函數的名稱；函數返回值的類型；函數的參數；函數的功能；是否返回值。,子函數定義,函數功能：此處是找大的。,引用(使用或調用)子函數！,5,5.1.2 用戶子函數(函數)定義的一般形式及2個說明,格式 ： type 函數名(形式參數說明表) 內部變量定義語句； 功能語句； ,如果函數有返回值，應另含有return語句。,int max(int x ,int y) int z ; z=x=y? x : y ; return ( z) ; ,說明：,、函數不能嵌套定義（

4、但可以嵌套引用，且可引用自己）。,int max(int x,int y) int cx(int c,int d) /*Error !*/ ,、函數如果無返回值，type 應說明為空類型void。函數無 參數，也應定義成void。主函數和子函數都可以如此：,void Bell(void) printf(“2008.08.08”); ,6,5.1.3 函數的調用(使用或稱引用),、調用方式： 函數名(實參表),一般，函數調用有 4種出現形式： 獨立語句形式： max(a,b); 表達式形式： c= max(a, b) *2 ； 用戶函數參數： c=max (a , max (b , d) ) *

5、2 ; /*嵌套*/ 標準函數參數： printf(“%dn”, max(a,b) ) ;,7,、帶參數函數(max)調用過程,void main (void) int a ,b ,c ; scanf (“%d,%d” , /*括號也可不要*/ ,、從右到左先計算實參的值，再從右到左向形參傳遞值。,2,3,a b,X y,2,3,、轉移到子函數中運行，執(zhí)行到“return 表達式”語句時， 返回表達式的值，并將值由函數名帶回到調用函數的調用處。,z,3,8,（3）、關于返回值的3點補充說明：,子函數只能通過return語句返回一個值； 也可以不返回值，此時應在定義函數時用void類型加以說明。

6、 子函數若沒有return語句，則由它的最后一 個“”返回一個不確定的值！,函數中可以出現多個return語句，但只有一個有效。,int max ( int x , int y ) if (x=y ) return x ; return y ; ,返回值的類型應與函數的類型一致，如不一致，以函數類型為準，先轉換為函數類型后，再返回。,int max(void) float z; return z; /*z先轉為整型*/ ,（4）、 函數的調用聲明(說明) 為了確保參數類型、返回值類型正確和調用合法，有時必須在函數調用前對其加以說明，該說明稱之為聲明，如：,9,例如：通過子函數求 xn；主函數輸

7、出x19。,#include /*系統(tǒng)函數調用聲明*/ double pow(float x, int n); void main(void) int i ; for (i=1; i =9 ; i+) printf ( “%d , %f n” , i, pow(2.5 ,i)； double pow(float x ,int n ) int i ; double p=1 ; for (i=1 ; i=n ; i+) p=p*x ; return ( p) ; ,用戶函數調用聲明：因子函數是非整形，并且出現在函數調用之后，故此處聲明不能缺。,定義子函數,調用函數。,特別注意： “定義” 函數與“

8、聲明”函數的不同意義 ！,10,5.2 再論函數間的數據傳遞,兩個過程：函數在調用的過程中，調用函數和被調函數存在 數據的相互傳遞(接口)。數據的傳遞包括兩個過程：,、將待處理數據(數據本身或數據的地址)傳給被調函數；,、將結果數據(數據本身或數據的地址)返回給調用函數。,調用函數(主),被調函數(子),向被調函數傳數據或數據的地址(帶參數)。,將結果數據或數據地址返回調用函數。,先講指針 !,11,主、子函數間有 5種數據傳遞方式：,、通過函數參數傳待處理數據的實際值，數據傳遞單向性(前面已多次出現) ; 、通過return返回結果數據的實際值 (前面已多次出現) ; 、通過函數參數傳待處理

9、數據的地址值(首地址) ;地址參數本身仍然為單向傳遞，但其數據可理解為雙向傳遞；實際 上，此種情況數據本身沒有傳 ! 、通過return返回結果數據的地址值; 、通過全局變量或數組傳待處理數據的實際值或結果數據的實際值。 下面分別舉例介紹： (以在主函數中I/O數據，在子函數中實現兩數相加求和為例；求兩數和并非一定如此)：,12,5.2.1 通過函數參數和return傳數據的實際值(、 ),通過實參與形參的結合，將數據本身傳給形參；形參的數值改變不影響實參，因為它們有各自存儲單元，單向傳。,#include int sum(int , int ) ; /*或int sum(int x,int

10、y );或缺*/ void main(void ) int a , b , c ; scanf (“ %d , %d” , ,調用函數,被調函數,x、y為形參。,a、b為實參變量的值。,傳遞參數,a:2,b:3,y:,x:,3,2,z:,5,返回值,13,5.2.2 通過函數參數傳數據的地址值( ),形參定義為指針變量（以此接收另一變量的地址），實參為 變量的地址；在被調函數中，由指針操作所指變量；高效 ！,2,3,a,b,2000H,2002H,x,y,2002H,2000H,前例修改如下： #include void main(void ) int a,b,c; scanf (%d,%d,

11、 ,指針變量,普通變量,3000H,3002H,14,前例可否修改為如下(即不要return,但在主函數中仍可得到被調函數的處理結果) ？ #include void sum(int *x,int *y,int *z) *z=*x+*y; void main(void ) int a,b,c=0; scanf (%d,%d, ,屬于，即通過return返回結 果數據的地址值：指針型函數。,輔以圖示說明,15,5.2.3 用外部變量或數組傳數據實際值或結果實際值(),定義外部變量，調用函數和被調函數共享；任何函數對其值的修改，都會影響到其他函數中所用到的外部變量的值。,#include /*前例

12、又可修改為：*/ int c=2 ; void sum (int x , int y ); void main ( void) /*還是求兩個數和*/ int a ,b ; scanf ( “ %d ,%d ” , ,定義外部變量,2,c,5,注意：應盡量少用外部變量，這樣可使函數內部的內聚性強，函數之間的偶合性弱，從而模塊的獨立性就較強。,16,5.3 標準 函數庫 (略),17,5.4 數組(數值、字符、一、二維)做函數參數,問題的提出： 在數組一章曾經說過：引用數組時只能引用數組元素。如果用元素做實元參數傳遞數組，則函數需要參數(實參和形參)的量太多且不高效。為了解決此問題,也可以傳遞數

13、組的首地址傳數據的地址高效。 當然，元素是可以做實元參數的，它的用法同一般變量，所以這里不再專門介紹，見08版5.4.1和09版p129下面。,數組名或指針名作實參，被調函數的形參形式有3種：,形參為指針： int ave( int *p，int num) 形參為無下標數組： int ave( int a ，int num) 形參為有下標(大小不限)數組: int ave( int a10 , int num) 以上也適合二維 數組(數值、字符) ! 下面舉一個例說明以上3種情況：,18,例1：子函數求數組平均值av ，主函數中I/O(av、a0)值。,#include float mean(

14、 int *, int); /3種情況不變 void main (void) int a5=1,2,3,4,5 ; float av ; av=mean(a,5) ; printf( “av=%f,%dn” ,av ,a0 ) ; float mean( int *p , int num ) int i ; float avg=0 ; for (i=0 ; inum ; i+) avg+= *p+或pi或*(p+i) ; avg/=num ; *(p-num) =-1; return (avg ) ; ,形參為指針； *p+或*(p+) 均表示先取*p做運算，再做p+(指向下一數據單元，非字節(jié)

15、單元) ；,形參為指針,形參為無下標數組；,無下標數組。,int a ,a0 =-1;,a i ;或*(a+i) ;,int a10,形參為有下標(大小不限，虛)數組。,形參為有下標數組。,兩點說明：,三種方法的實質都是傳遞地址。,形參數據的任何改變都影響(共享 空間)實參數據(如*(p-num)=-1;) 。,使子函數通用,num等價“4*num” ！但不可這樣用,用指針p，如何做？,補：,*p=a,19,例2、在子函數中求3行3列矩陣(二維數組)主對角線元素的和并將其返回。試用各種可行的參數形式和元素的表示方法。,void main() /hscs1.c int s, a33=1,2,3,

16、1,2,3,1,2,3; s=fun(a) ; / printf(Sum=%dn,s); ,還有可行的實參、形參和元素的表示方法如下: fun(a) 與int fun( int a3 ) 實參用一級指針名p(p=*a)和二級指針名pp(pp=a)，形參用數組，可行但都有警告)。 實、形參都用指向元素的指針，訪問元素方法用指針加位置號: int *p=*a;s=fun(p);與int fun(int *p) 。訪問元素：*(p+3*i+i) 實參用行指針名，形參不變;或fun(a) 與int fun( int (*p)3)。 實參用指針數組名與形參用二級指針。 實參用二級指針名與形參用指針數組。

17、 無參和使用外部靜態(tài)數組。等。,#include stdio.h int fun(int b33 ) / int sum=0,i; for(i=0;i3;i+) sum=sum+ bii ; return sum; ,20,21,22,23,5.5 函數的嵌套和遞歸調用,5.5.1 函數的嵌套調用 1、引言 C 語言的函數不 允許嵌套定義 ，但可 以 嵌套調用。見右圖 (假定一個C程序有3個 函數單位),main,a 函數,b 函數,調用a 函數,調用b 函數,1,2,3,4,5,6,7,8,9,結束,返回,返回,2、嵌套調用實例,逐級返回,逐級調用,例如： 計算 s=(1*1*1)!+(2*

18、2*2)!+(3*3*3)!+(4*4*4)!+(5*5*5)!,使用嵌套調用結構設計程序，程序清單如下：,main,b函數,a函數,24,#include double fact(int m) /求階乘的子函數 double a=1; int i ; for(i=1;i=m;i+) a=a*i; return a; / ,double squa(int n) /求“n*n*n”的子函數 double b; int k ; b= fact(n*n*n) ; return b; / ,void main(void) double s=0; int i; for(i=1;i5;i+) s=s+ s

19、qua(i) ; printf(“n s=%en”,s); ,25,5.5.2 函數的遞歸調用,概念：函數直接或間接地自我調用稱為遞歸函數。,int fun1(int x) z=fun1(y); ,int fun1(int x) int fun2(int t) z=fun2(y); c=fun1(a); ,直接引用自身。,控制條件和遞歸表達式：遞歸在沒有控制條件的情況下是無 窮的遞歸(相當于死循環(huán))，不能用。,無控制條件： void main(void) printf(“*n”); main(); ,加控制條件,void main(void) printf(“*n”); ch=getchar(

20、); if(ch!=9)main(); ,26,舉例1：用遞歸的方法求n!(曾使用過循環(huán)遞推法)。,n!=,1 n=0或n=1,n(n-1)! n1,f(n)=,1 n=0或n=1,n*f(n-1) n1 (人工求結果就是 根據遞歸表達式),#include long lfac(long); void main(void) long n=4,x; x=lfac(n); printf(“n%ld”,x); long lfac(long n) if (n=0|n=1) return 1; /不要理解為1返回到主函數 else return(n*lfac(n-1); /等價:return(4*3*2

21、*1) ,lfac(4),4* lfac(3),3* lfac(2),2* flac(1),2*1,3*2*1,4*3*2*1 /最后一次返回乘積結果到主程序,遞過程,歸過程(隱含逐次返回調用處),1,提醒：理解為逐次返回到調用處，最后返回主函數 !,27,遞歸舉例2： 寫出下列程序的執(zhí)行結果,main() int y; y=f(6); printf(“%d”,y); f(int n) int f1; if(n=1|n=2) f1=1; else f1=f(n-1)+f(n-2); return(f1); ,8,分析：當執(zhí)行f(6)時 f1=f(5)+f(4) =f(4)+f(3)+ f(3)

22、+f(2) = =f(3)+f(2)+f(2)+f(1) + f(2)+f(1)+f(2) = = f(2)+f(1)+ f(2)+f(2)+f(1) + f(2)+f(1)+f(2)=等價if(n=1|n=2) return 1(即(f1=11) =1+1+1+1+1+1+1+1= 8,理解為遞歸終止條件;返回到調用處 !,返回到調用處，最后返回主函數 !,28, 5.6 變量的作用域和存儲類型,變量不但有數據類型，還有存儲類型。 而存儲類型不但確定了變量在空間上的作用域，而且還確定了變量在時間上的生存期。,變量的存儲類型有以下四種：,自動類型 auto /定義時可缺省,寄存器類型 regi

23、ster,靜態(tài)類型 static,外部類型 extern /聲明外部變量；定義時可缺省,從而變量的定義格式是：,存儲類型 數據類型 變量名表；,確定變量在內存中的表示方法。,確定變量的生存期和作用域。 在函數內部，該項省略表示auto存儲類型。在函數外部，該項省略表示extern。,29,auto存儲類型,3個特點：塊內定義；塊內有效；隨塊生存。,#include void main(void) auto int a,b; scanf(“%d,%d”, ,a b 的 作 用 域,iTemp的作用域,此處編譯出語法錯： Undeclared identifier,若增加定義 iTemp=0 還有

24、語法錯嗎？輸出結果 ？,特別提醒：形式參數也屬于auto型 !,4，0,30, register存儲類型,、作用域和生存期與auto相同。 、差別在于：如果CPU內部的寄存器空閑， 則使用寄存器作為變量的存儲單元，以提高速度。 主要用于循環(huán)變量。 實際上，編譯系統(tǒng)在CPU不忙的情況下，能 自動將使用頻繁的變量(如循環(huán)變量)處理成register。,31, static(靜態(tài))存儲類型,作用域： 同auto存儲類型，即塊內定義，塊內有效。,生存期： 不同auto存儲類型，從定義直到整個程序執(zhí)行結 束，退出 塊時，原值并不消失，但是塊外不能引用其值。,void row (void) ; void

25、main ( void ) /下列程序能輸出“九九”乘法表？ int b ; /auto型，局部，每次進入程序塊都初始化 ! for (b=1 ; b=9 ; b+ ) row() ; void row (void ) int a=1 ; int b ; /auto型，局部 for (b=1 ; b=9 ; b+) printf ( “%5d” , a*b ) ; printf ( “ n ”) ; a+ ; ,static,改為靜態(tài)變量。,a的作用域,如何修改就能輸出“九九”乘法表？,還有哪些修改方法 ？,聯想前面講的函數間數據傳遞的5種方法 ！,32, 外部變量（extern存儲類型）,外

26、部變量是定義在任何模塊之外的變量。也稱為全局變量。,作用域：從定義點到文件結束（不同前3種 ）。,生存期：在程序的整個執(zhí)行過程中(同static)，任何函 數對外部變量值的修改，都會影響其他函數中該外部變量的值。,#include void add(void); int a,b,c; void main(void) scanf(“%d,%d”, ,定義外部變量， extern缺省。其他文件(其他編譯單位)中聲明后可用。,作用域,注意：08版教材p137關于外部變量的介紹有錯(新版無錯) ： 定義(說明)與聲明不同； 定義時不加extern； 應是b1.c中使用了a1.c , 。,33,關于外部

27、變量的4點補充說明：, 通過聲明，可以改變外部變量的作用域或后定義先使用。,void main( ) int i; /*定義 i為外部變量*/ void max(int a,int b) ,i 作用域,extern int i; /聲明外部變量，數據類型可省,i 新的作用域, 通過聲明，可使外部變量被另一個文件共享。,file1.c file2.c int a ; extern int a ;,文件1定義的外部變量。,在文件2中先聲明要使用文件1中已定義的外部變量的值。,如果外部變量值只在本文件中使用，可以加static定義。,static,34,關于外部變量的4點補充說明(續(xù))：,定義外部變

28、量占用內存且增加模塊的耦合性，故應少使用 外部變量。 另外，外部變量還可能引起其他問題，見下例：,#include int i; void prt(void); void main( void ) for(i=0;i5;i+) prt(); void prt(void) for(i=0;i5;i+) printf(“%c”, *); printf(“n”); ,函數的作用： 打印五個* ，再回車。,該程序想輸出25個*，能做到嗎 ？ 如何改，就能輸出25個*？,不，因函數只調用1次 !,35, 當模塊中出現和全局變量同名的局部變量時，局部變量在 模塊中優(yōu)先，見下例執(zhí)行結果：,int a=5;

29、void fun(void); void main(void) int b；b=a; /a取5 printf(%dn,b); fun(); void fun(void) int b，a=8; b=a; /這里a取8 printf(%dn,b); ,#include int a=5; void fun(void); void main(void) int b; b=a; printf(%dn,b); fun(); void fun(void) int b,a=8; extern a; /聲明 b=a; printf(%dn,b); ,5 5,右邊的程序執(zhí)行結果又是什么 ？,5 8,36,5. 用

30、戶子函數有內部函數和外部函數之分 子函數本質上是全局的，因為一個子函數就是要被 所有 函數調用；但是，可以指定子函數不能被其他文件中的函數調用。根據函數能否被其他源文件調用，將函數區(qū)分為內部函數和外部函數。 （1）、內部函數 如果一個函數只能被本文件中其他函數所調用，它稱為內部函數。在定義內部函數時，函數首部的前面必須加static，即: static 類型標識符號 函數名(形參表) 如： static int fun(int a , int b) 內部函數又稱靜態(tài)函數。使用內部函數，可以使函數只限于所在文件使用，如果在不同的文件中有同名的內部函數，互不干擾。這樣不同的人在編寫子函數時，不必擔

31、心函數是否會與其他文件中的函數同名（如同前面所講的static型變量）。,37,（2）、外部函數 、在定義函數時，如果在函數首部的最左端冠以存儲器類型關鍵字extern或缺?。– 語言規(guī)定，如果在定義函數時省略extern ,則隱含為外部函數）, 則表示此函數是外部函數。外部函數本文件和其他文件都可調用。例如： extern int fun(int a , int b) 、如果某文件要調用另一個文件中的此函數，應在調用此函數的文件中先聲明所調用的函數是外部函數（聲明時extern 也可缺?。?。 、舉例：略,聲明外部變量不能缺省,38,5.7 編譯預處理,C 語言除了說明語句、執(zhí)行語句及控制語

32、句外，還有編譯 預處理語句。該類語句的作用是在編譯前對程序作一定的 處理。編譯預處理是C語言的重要特征。,編譯預處理語句的語法形式：,#關鍵詞 參數表,編譯預處理語句不用分號作為語句結束標志！共有3類：,宏定義預處理, 不帶形式參數的宏定義和宏替代,作用：定義常量名，提高程序的可讀性，便于修改。,格式： #define 宏名 字符串,#define PI 3.1415926 void main(void) flaot r; scanf(“%f ”, ,編譯前用字符串替代程序中的宏名。,3.1415926,39,6點說明：,宏名一般用大寫； 編譯前用字符串無條件替代程序中的宏名；,#define

33、 PI 3.1415926; /注意串中若有分號的情況 ! PI*r*r,3.1415926;*r*r,宏名的有效范圍，從定義處到整個程序尾。也可以通過 #undef 修改定義范圍。,#define G 9.8 void main(void ) #undef G ,現G的范圍,可以在宏定義的字符串中使用已定義過的宏名。, “ ” 中的宏名不替換。,#define R 3.0 #define PI 3.14159 #define S PI*R*R,printf(“S=%f”,S);,不替換。,宏定義可應用于定義輸出格式等，以簡化源程序的書寫。,40,例：宏定義可應用于定義輸出格式，以簡化源程序的

34、書寫。,41, 帶形式參數的宏定義和宏調用,格式： #define 宏名(參數表) 含參數的字符串,#define S( a , b ) a*b area=S( 3 , 4 );,替換過程(編譯前完成)：,用實際參數替換宏定義的形參。,替換字符串中的參數。,替換整個宏(即用第步的結果替代宏調用)。,3*4,帶參的宏與函數的區(qū)別：,帶參宏中的形參不分配內存；也不返回值；只是在編譯前(預處理)按規(guī)則替換;實參若是表達式不能先計算。,關于帶參宏的2點說明：,要嚴格按格式書寫，宏名后不能加空格，否則會造成錯誤。,對于 #define S (a,b)a*b ， S(3,4)被替換成：(a,b)a*b(3

35、,4),參數有可能用到表達式時，字符串中參數字符要加()。,它與無括號的作用不同 ！ #define S(r) PI*r*r S(a+b)替換為：PI*a+b*a+b,#define S(r) PI*(r)*(r) S(a+b)替換為：PI*(a+b)*(a+b),42, 文件包含預處理,格式： #include #include “被包含的文件名”,其中：表示編譯系統(tǒng)定義路徑，即先找?guī)旌瘮担?“ ”表示用戶指明路徑，即先找用戶目錄。,作用：將指定文件的內容(原形)和當前文件合并一起編譯。 聲明系統(tǒng)函數調用。 共享某指定的文件(但以這種方式共享會造成代碼冗 余)。,4點說明：,一個#include只包一個文件。被包含的文件也可是用戶文件。,被包含文件可以嵌套包含文件，見下面例子中my.h中又出現了#include 。,對用戶來說，一般將宏定義及函數的原型聲明放在被包含文件中，也可做到簡化程序書寫。,被包含的文件一般擴展名為.h，稱為頭文件。,43,文件包含舉例： 求半徑為r的園面積、園周長。