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第10章写程序就是写函数——函数入门•相信读者大致都了解一点数学意义上“函数”的概念，比如“y=f(x)”，且不论f的具体形式如何，其基本特点是“对一个x，有一个y值与之对应”。C语言中，“函数”是个重要的概念，是模块化编程的基础。•本章主要涉及函数的概念、函数原型、函数的定义、函数的参数传递机制等相对基础的内容，为后面进一步阐述模块化编程打下基础。10.1什么是函数？—根据输入进行处理返回输出•代码编多了会发现一个问题：一些通用的操作，比如交换两个变量的值，对一组变量进行排序等，可能在多个程序中都会用到，不仅如此，在单独一个程序中也可能会对某个代码段执行多次。•问题：有必要在每次执行时都把该代码段书写一次么，这不仅会让程序变得很长，且会造成难以理解，可读性下降。10.1.1分割•为了解决以上问题，C语言将程序按功能分割成一系列的小模块，所谓“小模块”，可理解为完成一定功能的可执行代码块，称之为“函数”。•函数是C语言源程序的基本功能单位，打个比方，可以将函数视为一个黑盒子，或“加工设备”，从一头输入数据（原材料），从另一头就可以得到结果（产品）。至于函数内部是如何工作的，外部并不关心。•C语言源程序均是由函数组成的，在前面章节给出的示例代码，只有一个main函数，这仅适用于比较简单的问题，实际上的程序往往由多个程序组成。函数的调用是由另一个函数发起的，举例来说，在A函数中调用B函数，从B函数的角度上说，A函数可视为外部函数（有的书中也叫外部程序、主调函数，B函数相应地称为被调函数），外部函数A对函数B是如何定义的，功能是如何实现的毫不关心，A对B所知道的仅限于输入给B什么，以及B会输出什么。10.1.2库函数和自定义函数•为方便解决某些基本问题，C语言提供了库函数，库函数是将前人书写的、有通用功能的函数打包，方便开发者调用，或是一些复杂的功能，比如输入输出，这涉及到硬件方面的内容，如果要我们自己写如何输出输出的函数，肯定要头大半天。•C语言中的库函数十分丰富，大致可分为“标准库函数”和“第三方库函数”两类，标准库函数是得到广泛认可，形式统一，被多种类的编译器支持的库函数，而第三方库函数是一些软件厂商为某些特定功能领域开发，多具有专用性。随着C语言的不断发展和应用领域的拓展，标准化的工作也在不断深入，标准库函数也会不断扩充。•除了库函数外，C语言允许用于自定义函数以灵活解决各种问题，用户可以将自己的算法编成一个个相对独立的函数模块，用调用的方法来使用函数。某种程度上说，C语言的全部功能是由这样那样的函数来实现的，C语言也常称为“函数式语言”。10.2自定义函数•函数的调用可能是由另一个函数触发，但函数的定义都是平行的，包括main函数在内，所谓“平行”，有两层含义，一是“不允许把一个函数定义在另一个函数内”，这说明，函数定义都要在main函数外部，二是“不同函数定义放置位置没有关系”，可以定义在main函数前，也可以定义在main函数之后。10.2.1定义的语法•和变量一样，要想使用一个函数，定义是不可缺少的，函数定义有4个要素：参数列表，返回类型，函数名和函数体，参数列表和返回类型对应着输入输出，函数名用于和程序中其他程序实体区分，而函数体是一段可执行的代码块，实现特定的算法或功能。•函数的基本定义语法如下：•返回类型函数名（参数列表）•{•函数体;•}•（1）输入：参数列表•基本形式为：•类型变量名1，类型变量名2，类型变量名3，……•（2）输出：返回类型•返回类型用于指明函数输出值的类型，如果没有输出值，返回类型为void。如果在函数定义时没有注明返回类型，默认为int。•（3）函数名•函数名用于标示该函数，和其他函数区分开来，因此，函数名必须是合乎编译器命名规则的标识符。•参数列表、返回类型和函数名总体称为函数头，与之对应的是函数体。•（4）函数体•函数体是一段用于实现特定功能的代码块，比如局部变量声明和其他执行语句等。注意，在函数体内声明的变量不能和参数列表中的变量同名。10.2.2函数定义范例•定义一个函数是为了调用，函数调用有两种类型，一是“先定义，后调用”，这要求函数定义和调用语句在同一个文件内，编译器能从函数定义中提取函数的参数列表、输出类型等接口信息。二是“函数声明+函数调用”，大多数情况下，函数的定义与函数的调用并不在一个文件内，即使在一个文件中也有可能调用在前而定义在后，这时需要在调用之前先对函数声明，告诉编译器有这么一个函数存在，函数原型声明将在下一节讨论，下面来看一个先定义、后调用的例子，希望读者从中体会函数的定义和调用方式，见示例。10.2.3不要重复定义•一个C程序可能由多个文件（一个.c、.h等称为一个文件）组成，函数的定义和函数的调用可能位于不同的文件中，此时需要在调用前对函数进行原型声明，这在稍后章节中会提及。但有一条准则，对一个函数来说，在整个程序中只能有一个定义版本，否则，编译器会指出“重复定义”的错误。10.3函数调用与返回•定义一个函数的目的是为了使用它，中在main函数中调用了bigger函数，可能有的读者会问“为什么要写成“intres=bigger(num1,num2);”的形式？本节将重点讨论函数调用与值返回相关的内容。10.3.1形参和实参•在函数定义时参数列表中是a和b，而在函数调用时传递进来的参数是num1和num2，这两种参数是什么关系呢？打个形象的比方，这是角色和演员的关系。•函数定义时列表中的参数称为形参，是“剧本角色”，而函数调用时传递进来的参数称为实参，是“演员”，函数执行的过程就是演戏的过程。•程序刚开始执行的时候，编译器并不为形参分配存储空间，因为它只是个角色，不是实体，一直要到函数调用时，编译器为形参分配存储空间，并将实参的值复制给形参，结合。可知，在“intres=bigger(num1,num2);”语句调用前，a和b都不是真正的程序变量，一直到bigger函数被调用，a和b才被创建，并分别用num1和num2为其赋值，找这种情况下，在函数内对a和b的处理并不影响num1和num2，这类似于“某个演员扮演的角色在戏中受伤，并不是说演员真的受伤了”，而且，在函数执行结束返回时，创建的形参被撤销，这类似于“戏演完了，剧中角色自然也就停止了”。10.3.2传址调用•在介绍传址调用前，读者应了解下指针的概念，这是C语言的难点所在，后续章节中会详细介绍指针的知识，本节只是简要介绍其意义，说白了，指针也是一种变量类型，与普通变量不同之处在于：指针类似于生活中的地址，通过指针可以访问其指向的变量，正如通过地址能找到某个人一样。•地址类型是种复合类型，大致形式为“类型*”，如：•int*pInt=NULL;•doublenum1=8；•double*pDouble=&num1;•注：NULL代表将该指针初始化为空。•不管类型如何，指针变量占据4个字节，但其指向的对象占据的字节数不一定为4（如double类型的指针指向一片大小为8的内存），指针变量的值是其指向的内存首字节的地址，“&num1”中符号“&”是取地址符，返回的是变量num1的地址，指针及其指向内存的简单示意如所示：10.3.3函数返回•请读者返回看一下前面的，里面bigger函数定义如下：•intbigger(inta,intb)/*函数头，返回类型函数名（参数列表）*/•{•if(ab)•returna;/*返回值*/•else•returnb;•}•既然说a和b都是实参，在程序被调用时方才创建，程序退出时便被撤销，那诸如“returna;”之类的返回语句岂不是没有意义，返回的是一个被撤销的量？函数的返回机制应如何理解呢。•理解的关键词是“复制”，执行到return语句时，return的值被复制到某个内存单元或寄存器中，其地址是由编译器来维护的，我们不用操心，也就是说，在a和b被撤销前，返回的值（a或b）被复制保存到了某个地方，编译器访问该内存单元即可知道函数的返回值，下述语句：•intres=bigger(num1,num2);/*函数调用，值的返回*/10.4告诉编译器有这么一个函数——函数原型声明•上面章节中定义的函数都是在main函数之前，这样，编译器在调用该函数时已经知道了该函数的存在，明确了其接口，但有时，函数定义和函数调用并不在一个文件中，或即使在一个文件中，但定义顺序不好安排，还有就是那些不须定义的库函数等，如果要想正确处理这些情况，必须理解函数声明的概念。10.4.1函数声明语法•第3章中有一节内容（“编译器如何认识printf函数”）已经简要介绍了函数原型声明的内容，是否还记得这段代码：•最上面两条语句即是函数原型声明语句，调用函数之前，一定要使得编译器知道函数原型，这样编译器才知道有哪些函数名，该函数需要些什么样类型的参数，返回什么样类型的数值。•函数原型声明的基本形式如下：•返回类型函数名(数据类型形参，数据类型形参，数据类型形参，……);•或•返回类型函数名(数据类型，数据类型，数据类型……)10.4.2声明不同于定义•函数的声明和定义不同，总的来说有以下几点：•（1）函数定义4个要素不可或缺，是一个完整的函数实现形式，包括返回类型、形参、函数名和最重要的函数体的定义，而函数声明被用来通知编译器被调函数的返回类型、名称和参数类型信息，相当于“接口”，声明时没有函数体而且形参的类型是关心的要点，而形参的名称在声明时可省略。•（2）在某些情况下，函数的声明可以省略，如函数先定义，后调用的情况，但函数的定义不能省略，且只能定义一次，而且，定义要比声明更为复杂和完整。•（3）函数定义结束时不用加分号，而声明结束时必须加分号，因此，直接在函数头后添上分号作为函数的声明是个不错的方法。•特别强调：函数的原型声明应与函数头保持一致，否则，编译器会报错。10.4.3标准库函数的声明•前面提及，为了方便用户实现各种复杂的操作，C标准中定义了很多标准的库函数，这些库函数是以二进制代码库的形式提供的，也就是说，在安装了编译器及相应库文件后，用户编程中接触到的库函数并不是以源文件.c形式提供的，而是在编译阶段链接进来的，而头文件则是对应库函数原型的列表，只要包含了头文件，就对该头文件对应的所有库函数进行了声明。10.5面向过程的程序结构•在60年代计算机发展的初期，程序设计是少数聪明人的玩具，程序员可以根据自己的喜好，像捏泥巴一样进行程序设计，注释几乎是一行没有，想到哪写到哪，大多数程序代码组织混乱，可以说只有作者本人可以看懂，有的甚至作者读起来也不知所以，常称为被称为“意大利面条式编程”。•这种个人英雄主义的单打独斗在解决小规模问题时勉强可以，但程序规模的不断扩大，一大堆的问题凸现出来：程序质量低下，进度延误，预算严重超支，这就是“软件危机”，给程序开发的前景蒙上了一层暗淡的色彩。•结构化程序设计方法就是在这个背景下提出的，除了前面章节讲过的3种控制结构：顺序、分支和循环外，结构化程序设计的另一个关键概念是模块化设计。10.5.1模块化•生活中常常接触到模块化的概念，模块化程序设计大致有点像小时候玩的积木游戏，用木块组合的方式很容易地就构筑起了“大厦”，模块化至少有两点好处：一是封装，“积木块”是“基本砖块”的组合，对外是个整体，使用方便，二是可复用，“柱子”封装好后，既可以用在这个建筑上，又可以用在那个建筑上。程序设计也可以借鉴这一思想，用模块化的方法进行程序设计，函数正是模块化方法的体现。•虽说语句是C语言的基本单位，但从程序设计总体把握上来看，将函数视为一个整体，大大降低了问题的复杂程度。在解决复杂问题时，首先考虑的是问题的概貌，而不是微小细节，这是人的思维和行动习惯，程序设计也是如此，先将问题分割成一个个函数，每个函数实现特定的功能，确定函数之间的联系和依赖关系，这是从整体解决某个问题。其次才是考虑每个函数应怎么写，算法流程怎么走这些问题，这就是“分而治之、逐步求精“的设计方法学。10.5.2函数的调用过程—模块的配合•C语言是由函数组成的，第10章中已经介绍了函数的定