C 函数和作用域

Posted 2020-10-16

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。

实例

以下是 max() 函数的源代码。该函数有两个参数 num1 和 num2，会返回这两个数中较大的那个数：

/* 函数返回两个数中较大的那个数 */
int max(int num1, int num2) 
{
   /* 局部变量声明 */
   int result;
 
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

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：

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：

#include <stdio.h>
 
/* 函数声明 */
int max(int num1, int num2);
 
int main ()
{
   /* 局部变量定义 */
   int a = 100;
   int b = 200;
   int ret;
 
   /* 调用函数来获取最大值 */
   ret = max(a, b);
 
   printf( "Max value is : %d\n", ret );
 
   return 0;
}
 
/* 函数返回两个数中较大的那个数 */
int max(int num1, int num2) 
{
   /* 局部变量声明 */
   int result;
 
   if (num1 > num2)
      result = num1;
   else
      result = num2;
 
   return result; 
}

把 max() 函数和 main() 函数放一块，编译源代码。当运行最后的可执行文件时，会产生下列结果：

Max value is : 200

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。

函数参数传递常用的三种方式

示例程序均以交换两个整数为例。

1. 值传递

#include <stdio.h>

void swap(int x, int y);
void swap(int x, int y)
{
    int temp;
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    int a = 5;
    int b = 10;
    swap(a, b); //调用交换函数
    printf("交换结果为 a = %d, b = %d\n",a,b);
    return 0;
}

由于值传递是单向传递，传递过程中只是改变了形参的数值，并未改变实参的数值，因此并不会改变a和b原有的值。

2. 指针传递

#include <stdio.h>

void swap(int *x, int *y);
void swap(int *x, int *y)
{
    int temp;
    temp = *x;
    *x = *y;
    *y = temp;
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    int a = 5;
    int b = 10;
    swap(&a, &b); //调用交换函数
    printf("交换结果为 a = %d, b = %d\n",a,b);
    return 0;
}

指针传递过程中，将a和b的地址分别传递给了x和y，在函数体内部改变了a、b所在地址的值，即交换了a、b的数值。

3. 引用传递

#include <stdio.h>

void swap(int &x, int &y);
void swap(int &x, int &y)
{
    int temp;
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int main( int argc, char *argv[] )
{
    int a = 5;
    int b = 10;
    swap(a, b); //调用交换函数
    printf("交换结果为 a = %d, b = %d\n",a,b);
    return 0;
}

引用传递中，在调用swap(a, b);时函数会用a、b分别代替x、y，即x、y分别引用了a、b变量，这样函数体中实际参与运算的其实就是实参a、b本身，因此也能达到交换数值的目的。

注：严格来说，C语言中是没有引用传递，这是C++中语言特性，因此在.c文件中使用引用传递会导致程序编译出错。

关于 main 函数的参数

在有些很专业的书会看到如下代码

int main( int argc, char *argv[] )

上面的代码中 main 函数带了参数。

但是有时又会看见main函数没有参数，如下：

int main()

那么 main 函数到底有没有参数，有没有参数会不会有什么影响？

main 函数其实与我们写的函数没有什么区别，它也会有自己的参数。

argc 和 argv 是 main 函数的形式参数。

这两个形式参数的类型是系统规定的。如果 main 函数要带参数，就是这两个类型的参数；否则main函数就没有参数。

变量名称argc和argv是常规的名称，当然也可以换成其他名称。在传入参数后main函数收到参数后就会做自己的事。那么，实际参数是如何传递给main函数的argc和argv的呢？我们知道，C程序在编译和链接后，都生成一个exe文件，执行该exe文件时，可以直接执行；也可以在命令行下带参数执行，命令行执行的形式为：可执行文件名称 参数1 参数2 ... ... 参数n。可执行文件名称和参数、参数之间均使用空格隔开。

如果按照这种方法执行，命令行字符串将作为实际参数传递给main函数。具体为：

• ** (1) 可执行文件名称和所有参数的个数之和传递给 argc；
• ** (2) 可执行文件名称（包括路径名称）作为一个字符串，首地址被赋给 argv[0]，参数1也作为一个字符串，首地址被赋给 argv[1]，... ...依次类推。

C 作用域规则

任何一种编程中，作用域是程序中定义的变量所存在的区域，超过该区域变量就不能被访问。C 语言中有三个地方可以声明变量：

1. 在函数或块内部的局部变量
2. 在所有函数外部的全局变量
3. 在形式参数的函数参数定义中

让我们来看看什么是局部变量、全局变量和形式参数。

局部变量

在某个函数或块的内部声明的变量称为局部变量。它们只能被该函数或该代码块内部的语句使用。局部变量在函数外部是不可知的。下面是使用局部变量的实例。在这里，所有的变量 a、b 和 c 是 main() 函数的局部变量。

实例

#include <stdio.h>
 
int main ()
{
  /* 局部变量声明 */
  int a, b;
  int c;
 
  /* 实际初始化 */
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
 
  printf ("value of a = %d, b = %d and c = %d\n", a, b, c);
 
  return 0;
}

全局变量

全局变量是定义在函数外部，通常是在程序的顶部。全局变量在整个程序生命周期内都是有效的，在任意的函数内部能访问全局变量。

全局变量可以被任何函数访问。也就是说，全局变量在声明后整个程序中都是可用的。下面是使用全局变量和局部变量的实例：

实例

#include <stdio.h>
 
/* 全局变量声明 */
int g = 20;
 
int main ()
{
  /* 局部变量声明 */
  int g = 10;
 
  printf ("value of g = %d\n",  g);
 
  return 0;
}

形式参数

函数的参数，形式参数，被当作该函数内的局部变量，它们会优先覆盖全局变量。下面是一个实例：

实例

#include <stdio.h>
 
/* 全局变量声明 */
int a = 20;
 
int main ()
{
  /* 在主函数中的局部变量声明 */
  int a = 10;
  int b = 20;
  int c = 0;
  int sum(int, int);
 
  printf ("value of a in main() = %d\n",  a);
  c = sum( a, b);
  printf ("value of c in main() = %d\n",  c);
 
  return 0;
}
 
/* 添加两个整数的函数 */
int sum(int a, int b)
{
    printf ("value of a in sum() = %d\n",  a);
    printf ("value of b in sum() = %d\n",  b);
 
    return a + b;
}

初始化局部变量和全局变量

当局部变量被定义时，系统不会对其初始化，您必须自行对其初始化。定义全局变量时，系统会自动对其初始化，如下所示：

数据类型	初始化默认值
int	0
char	‘\0‘
float	0
double	0
pointer	NULL

正确地初始化变量是一个良好的编程习惯，否则有时候程序可能会产生意想不到的结果，因为未初始化的变量会导致一些在内存位置中已经可用的垃圾值。

C 函数作用域

根据函数能否被其他源文件调用，将函数区分为内部函数和外部函数。

内部函数

如果一个函数只能被本文件中其他函数所调用，它称为内部函数。在定义内部函数时，在函数名和函数类型的前面加 static，即

static 类型名 函数名 （形参表）

例如，函数的首行：

static int max(int a,intb)

内部函数又称静态函数。使用内部函数，可以使函数的作用域只局限于所在文件。即使在不同的文件中有同名的内部函数，也互不干扰。提高了程序的可靠性。

外部函数

如果在定义函数时，在函数的首部的最左端加关键字 extern，则此函数是外部函数，可供其它文件调用。

如函数首部可以为

extern int max (int a,intb)

C 语言规定，如果在定义函数时省略 extern，则默认为外部函数。

在需要调用此函数的其他文件中，需要对此函数作声明（不要忘记，即使在本文件中调用一个函数，也要用函数原型来声明）。在对此函数作声明时，要加关键字 extern，表示该函数是在其他文件中定义的外部函数。

实例

以下实例通过多个文件的函数实现输入一串字符串，然后删除指定的字符：

file1.c(文件1)

#include <stdio.h>

static void delete_string(char str[],char ch);
int main()
{
    extern void enter(char str[]); // 对函数的声明
    extern void print(char str[]); // 对函数的声明
    char c,str[100];
    enter(str);
    scanf("%c",&c);
    delete_string(str,c);
    print(str);
    return 0;
}

static void delete_string(char str[],char ch)//内部函数
{
    int i,j;
    for(i=j=0;str[i]!='\0';i++)
    if(str[i]!=ch)
    str[j++]=str[i];
    str[j]='\0';
}

file2.c(文件2)

#include <stdio.h>

void enter(char str[100]) // 定义外部函数 enter
{
    fgets(str, 100, stdin); // 向字符数组输入字符串
}

file3.c(文件3)

#include <stdio.h>

void print(char str[]) // 定义外部函数 print
{
    printf("%s\n",str);
}

输入字符串"abcdef"，给字符数组 str，在输入要删去的字符‘d‘。

运行结果:

$ gcc file1.c file2.c file3.c 
$ ./a.out
abcdef                   # 输入的字符串
d                        # 要删除的字符
abcef                    # 删除后的字符串