機器人技術(shù)光盤2-c語言第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)；但是如果是幾十頁或幾百頁的長篇論文，那么就必須把內(nèi)容按照一定的次序分成多個章節(jié)來論述。寫程序也是一個道理：只是幾十行的話，可以簡單地放在main函數(shù)中，通過空行和注釋等手段來說明程序的段落；當(dāng)程序有幾百、幾千甚至幾萬行時，就需要對程序分節(jié)、分章甚至分篇。C語言提供了函數(shù)來幫助程序員對程序?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語言中的作用和使用函數(shù)時需要注意的一些問題。第10章函數(shù)在本章的學(xué)習(xí)中，要重點掌握以下內(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句的集合；它可以提高程序的可讀性和可維護性，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，并通過一個簡單范例來演示函數(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立的模塊，再以模塊為單元進行開發(fā)，最后合并到主程序的編程方法。在C語言中，會把功能獨立且完整的模塊封裝在函數(shù)中，由函數(shù)提供對外的接口，再在外部函數(shù)調(diào)用。這種模塊化編程是C語言面向過程編程的基本方法。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)值類型對應(yīng)模塊出口，函數(shù)名對應(yīng)模塊名，參數(shù)列表對應(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，即小括號中。函數(shù)體，也被稱為函數(shù)塊，是一個放在花括號內(nèi)的復(fù)合語句。它包括三個部分：變量定義部分，函數(shù)操作部分，return語句。10.1.3調(diào)用函數(shù)函數(shù)調(diào)用表達式由函數(shù)名、函數(shù)操作符和逗號表達式三部分組成。逗號表達式一般為由逗號隔開的若干個子表達式的集合。如下所示：函數(shù)名(參數(shù)表達式1,參數(shù)表達式2,…)函數(shù)名指明被調(diào)用的函數(shù)的名稱。逗號表達式一般為由逗號隔開的若干個子表達式的集合，子表達式的個數(shù)必須與被調(diào)用的函數(shù)聲明的參數(shù)個數(shù)相同；如果函數(shù)聲明中的參數(shù)列表為空，逗號表達式也必須為空。10.1.3調(diào)用函數(shù)參數(shù)表達式與函數(shù)申明中的參數(shù)按從左到右的順序一一對應(yīng)，每個表達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，編譯器會自動進行類型轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換失敗，那么這個函數(shù)調(diào)用就是錯誤的。函數(shù)調(diào)用表達式的值由函數(shù)定義中的return語句的表達式值決定，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)行過程如下：（1）運行到函數(shù)調(diào)用表達式，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)定義的第一行進行比較，函數(shù)返回值必須一致，形參個數(shù)必須與函數(shù)調(diào)用語句中的實參個數(shù)相同，同時實參類型必須能自動轉(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）開始執(zhí)行函數(shù)，將函數(shù)調(diào)用表達式中的各個實參值傳遞給函數(shù)定義中相應(yīng)的各個形參，必要的情況下會自動執(zhí)行類型轉(zhuǎn)換。這個過程叫“參數(shù)傳遞”。這時，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語句，執(zhí)行到return語句后，函數(shù)結(jié)束；如果函數(shù)中沒有return語句，會依次執(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)用表達式所在語句，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.單獨語句函數(shù)調(diào)用表達式可以單獨作為語句使用。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.子表達式函數(shù)調(diào)用表達式還可以作為語句的一個子表達式使用，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)實參函數(shù)調(diào)用表達式還可以作為函數(shù)參數(shù)，這實際上是第二種情況的特殊方式。實例如下：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范例來討論函數(shù)的使用。該范例將加法、減法和乘法運算封裝在函數(shù)中，通過函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)兩個數(shù)的加法、減法和乘法運算。10.1.5范例的改進對于范例10-2中的函數(shù)體代碼和函數(shù)調(diào)用代碼還可以進行適當(dāng)改進。其中，sum函數(shù)、dif函數(shù)和pro函數(shù)中定義的變量tmp都是臨時變量，可以省略。例如，函數(shù)sum的實現(xiàn)與下面這段相對簡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)列表三個部分組成。完整的函數(shù)聲明定義了一個功能模塊的接口。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形參等問題。10.2.1聲明的形式函數(shù)聲明可以作為單獨語句使用，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，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中的兩個函數(shù)聲明如下：voidprint_array(intarray[SIZE][SIZE])voidtranspose_array(intarray[SIZE][SIZE],inttranspose[SIZE][SIZE])這兩行語句可以視為聲明了兩個函數(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格區(qū)別的。函數(shù)聲明確定了一個函數(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數(shù)和順序；而函數(shù)定義則確立了一個函數(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。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。實際上，函數(shù)定義外的函數(shù)聲明中的參數(shù)名是沒有用處的。10.3.1函數(shù)值類型函數(shù)值類型可以是整型、浮點型、字符型，也可以是自定義類型（typedef的結(jié)果）。下面是幾個函數(shù)聲明的實例：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，表示沒有參數(shù)。例如，范例10-5中第11行的就聲明了一個參數(shù)列表為空的函數(shù)，如下所示：inthello_mark(void)也可以寫為：inthello_mark()要聲明一個無形參的函數(shù)時，建議使用void型作為函數(shù)列表內(nèi)容，以顯式地說明不需要參數(shù)。10.3.2形參列表3.實參到形參的值傳遞調(diào)用函數(shù)時，只能把實參的值傳遞給形參，而形參不能改變實參的值。二者之間的值傳遞過程可以簡單地理解為：調(diào)用函數(shù)后，每個形參都初始化為相對應(yīng)的實參，如下所示：參數(shù)類型1形參1=實參1;參數(shù)類型2形參2=實參2;……10.3.3函數(shù)值當(dāng)函數(shù)值類型不為void型時，函數(shù)返回值就可以作為函數(shù)調(diào)用表達式中的一個操作數(shù)來使用。一個函數(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語句將函數(shù)內(nèi)的某個值帶到函數(shù)外，如果需要返回的信息只需要一個數(shù)值來傳遞，那么可以選擇將這個信息作為返回值帶到函數(shù)外。下面是兩個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)行的是哪一個分支時，可以在函數(shù)內(nèi)部使用一個標(biāo)志變量來記錄執(zhí)行的分支，最后使用return語句將該值返回。在函數(shù)外部，通過檢查該標(biāo)志的值，就可以判斷函數(shù)執(zhí)行了那一個分支。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現(xiàn)，是C函數(shù)的主體。在前面已經(jīng)簡要地介紹過函數(shù)體一般由變量定義、函數(shù)操作和return語句三部分組成。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參而來，如果調(diào)用時使用了異常的實參值，就有可能導(dǎo)致函數(shù)執(zhí)行時發(fā)生一些異常錯誤。因此，在函數(shù)體中對形參進行操作前，有必要先檢查形參值的合法性。10.4.3return語句C函數(shù)中的return語句的功能是計算返回值，并結(jié)束函數(shù)。return語句一般由關(guān)鍵字return和表達式兩部分組成，如下：return表達式;執(zhí)行該語句時，先計算表達式的值，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語言中的最特殊的函數(shù)。它是C程序的入口，每一個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，也可以帶兩個兩個形參。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，有的程序員甚至介紹C語言的書常常會將函數(shù)值類型省略或者聲明為void型。省略函數(shù)值類型時不推薦的，而聲明為void型則是錯誤的。10.5.2函數(shù)值類型1.不能省略函數(shù)值類型由于C語言一開始只有int型一種數(shù)據(jù)類型，所以開始的main函數(shù)返回類型都是int型。既然只可能是一種類型，因此實現(xiàn)時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語言中，當(dāng)一個函數(shù)function無需返回值時，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，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main函數(shù)不接受任何傳入?yún)?shù)；也可以帶兩個形參，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)類型名來代替，例如：#defineintBIT32intmain(BIT32argc,char*argv[])10.5.3向main函數(shù)傳遞參數(shù)char