《C語言程序設(shè)計》課件4第9章

第9章函數(shù)9.1概述9.2自定義函數(shù)9.3函數(shù)的參數(shù)與函數(shù)的值9.4函數(shù)的嵌套調(diào)用9.5函數(shù)的遞歸調(diào)用9.6數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)9.7局部變量和全局變量9.8變量的存儲類別9.9案例學習

9.1概述

9.1.1引入函數(shù)的優(yōu)點

總的來講，由于C語言采用了函數(shù)模塊式的結(jié)構(gòu)，因此容易實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。同時也使程序的層次結(jié)構(gòu)更加清晰，便于程序的編寫、閱讀、調(diào)試。具體來講，C語言程序引入函數(shù)有以下優(yōu)點：

(1)避免重復代碼的編寫，便于提高程序設(shè)計的效率。

程序員可以識別出程序其他部分重復的指令，將其編寫成函數(shù)，并且在程序的各個部分根據(jù)需要調(diào)用該函數(shù)，這樣可以極大地避免重復代碼的編寫。

【例9-1】函數(shù)引入實例。圖9.1例9-1運行結(jié)果

(2)層次清楚、結(jié)構(gòu)清晰，便于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。

程序員可以將總的任務分解為功能上相對獨立的若干個子任務，將每一個子任務編寫為一個單獨的函數(shù)，然后將它們集成于一個統(tǒng)一的程序中。每個函數(shù)完成并經(jīng)過完整測試后，可使其與程序的其他部分無縫耦合，且結(jié)構(gòu)非常清晰。

【例9-2】函數(shù)引入實例。圖9.2例9-2運行結(jié)果

(3)高效、快捷，便于程序的閱讀與調(diào)試及便于多人合作。

一旦一個函數(shù)完成并且經(jīng)過測試后就可以完成預定的工作。此函數(shù)也可以載入庫中并且可在完全不同的另段程序中被反復調(diào)用。這樣既能高效地進行各個功能的測試，同時也可以滿足多人同時編寫程序代碼，提高程序設(shè)計的效率。9.1.2函數(shù)的分類

在C語言中可從不同的角度對函數(shù)進行分類。

(1)從函數(shù)定義的角度看，函數(shù)可分為標準函數(shù)和用戶自定義函數(shù)兩種。

(2)?C語言的函數(shù)兼有其它語言中的函數(shù)和過程兩種功能，從這個角度看，又可把函數(shù)分為有返回值函數(shù)和無返回值函數(shù)兩種。

(3)從主調(diào)函數(shù)和被調(diào)函數(shù)之間數(shù)據(jù)傳送的角度看，函數(shù)又可分為無參函數(shù)和有參函數(shù)兩種。

(4)Ｃ語言提供了極為豐富的標準函數(shù)，這些標準函數(shù)又可從功能角度作以下分類：①字符類型函數(shù)：

②轉(zhuǎn)換函數(shù)：

③目錄路徑函數(shù)：

④診斷函數(shù)：

⑤圖形函數(shù)：

⑥輸入輸出函數(shù)：

⑦接口函數(shù)：

⑧字符串函數(shù)：

⑨內(nèi)存管理函數(shù)：

⑩數(shù)學函數(shù)：

日期和時間函數(shù)：用于日期、時間的轉(zhuǎn)換及操作。

進程控制函數(shù)：用于進程的管理和控制。

其它函數(shù)：

9.2自?定?義?函?數(shù)

函數(shù)定義的一般形式可表示如下：

數(shù)據(jù)類型函數(shù)名(參數(shù)1,參數(shù)2)

{

聲明部分;

執(zhí)行部分;

}

【例9-3】函數(shù)調(diào)用實例。圖9.3例9-3運行結(jié)果9.2.1無參函數(shù)的定義形式

無參函數(shù)指的是省略了形參的函數(shù)，其定義形式為：

類型標識符函數(shù)名()

{

聲明部分

語句

}我們可以改寫一個函數(shù)定義：

01voidHello()

02{

03printf(“Hello,world\n”);

04}

Hello函數(shù)是一個無參函數(shù)，當被其它函數(shù)調(diào)用時，輸出Helloworld字符串。9.2.2有參函數(shù)定義的一般形式

有參函數(shù)指的是帶有形式參數(shù)的函數(shù)，其定義形式為：

類型標識符函數(shù)名(形式參數(shù)列表)

{

聲明部分

語句

}例如，定義一個函數(shù)，用于求兩個數(shù)中的較大數(shù)，代碼可寫為：

【例9-4】函數(shù)定義實例。圖9.4例9-4運行結(jié)果

【例9-5】以下敘述中正確的是()。

A．構(gòu)成C程序的基本單位是函數(shù)

B．可以在一個函數(shù)中定義另一個函數(shù)

C．main()函數(shù)必須放在其它函數(shù)之前

D．所有被調(diào)用函數(shù)一定要放在調(diào)用函數(shù)之前

解析：C語言程序是由函數(shù)組成的,，因此,A選項是正確的?？梢栽谝粋€函數(shù)中調(diào)用另一函數(shù),但在定義時,不能嵌套定義,故B選項是錯誤的。main()函數(shù)可放在其它函數(shù)之前,也可以放在其它函數(shù)之后,故C選項是錯誤的。被調(diào)函數(shù)可以放在調(diào)用函數(shù)之前，也可以放在調(diào)用函數(shù)之后，如果放在被調(diào)函數(shù)之后，前面一般要對函數(shù)聲明，故D選項是錯誤的。

9.3函數(shù)的參數(shù)與函數(shù)的值

9.3.1形式參數(shù)和實際參數(shù)

函數(shù)的形參和實參具有以下特點：

(1)形參變量只有在被調(diào)用時才分配臨時內(nèi)存單元，在調(diào)用結(jié)束時，立即釋放所分配的臨時存儲單元。因此，形參只有在函數(shù)內(nèi)部有效，函數(shù)調(diào)用結(jié)束返回主調(diào)函數(shù)后則不能再使用該形參變量。

(2)實參可以是常量、變量、表達式、函數(shù)等，無論實參是何種類型的量，在進行函數(shù)調(diào)用時，它們都必須具有確定的值，以便把這些值傳送給形參。因此應預先用賦值、輸入等辦法使實參獲得確定值。

(3)實參和形參在數(shù)量上、類型上、順序上應嚴格一致，否則會發(fā)生類型不匹配的錯誤。

(4)函數(shù)調(diào)用中發(fā)生的數(shù)據(jù)傳送是單向的，即只能把實參的值傳送給形參，而不能把形參的值反向地傳送給實參。因此在函數(shù)調(diào)用過程中，形參的值發(fā)生改變，而實參中的值不會變化。圖9.5形參與實參的傳遞原理【例9-6】形參與實參的傳遞。9.3.2函數(shù)的返回值

函數(shù)的返回值是指函數(shù)被調(diào)用之后，執(zhí)行函數(shù)體中的程序段所取得的并返回給主調(diào)函數(shù)的值。如調(diào)用正弦函數(shù)取得正弦值，調(diào)用max函數(shù)取得的最大數(shù)等。對函數(shù)的值(或稱函數(shù)返回值)需要強調(diào)以下方面：

(1)函數(shù)的值只能通過return語句返回主調(diào)函數(shù)。

return語句的一般形式為：

return表達式；

或者

return(表達式)；

【例9-7】以下函數(shù)值的類型為()。解析：由于函數(shù)首部省略了數(shù)據(jù)類型，因此系統(tǒng)默認為int型，而在函數(shù)體內(nèi)由于返回的是變量s的值，而s的值定義為float，與int型不符，這種情況下以定義類型為準，即返回值為int型。

(2)如函數(shù)值為整型，在函數(shù)定義時可以省去類型說明。

(3)不返回函數(shù)值的函數(shù)，可以明確定義為空類型，類型說明符為void。如例9-6中函數(shù)s并不向主函數(shù)返函數(shù)值，因此可定義為：一旦函數(shù)被定義為空類型后，就不能在主調(diào)函數(shù)中使用被調(diào)函數(shù)的函數(shù)值了。例如，在定義s為空類型后，在主函數(shù)中寫下述語句：

sum=s(n);

就是錯誤的。

為了增強程序的可讀性并減少出錯，凡不要求返回值的函數(shù)都應定義為空類型。9.3.3函數(shù)的調(diào)用

1．函數(shù)調(diào)用基本原理

調(diào)用函數(shù)時要提供函數(shù)的調(diào)用標識，然后即可從相應的位置開始執(zhí)行。當編譯器遇到這個標識時，就會將控制權(quán)交給函數(shù)，然后執(zhí)行函數(shù)體。

2．函數(shù)調(diào)用的一般形式

在程序中是通過對函數(shù)的調(diào)用來執(zhí)行函數(shù)體的，其過程與其它語言的子程序調(diào)用完全相同。

C語言中，函數(shù)調(diào)用的一般形式為：

函數(shù)名(實際參數(shù)表)

3．函數(shù)調(diào)用的方式

在C語言中，可以用以下幾種方式調(diào)用函數(shù)：

(1)函數(shù)表達式：函數(shù)作為表達式中的一項出現(xiàn)在表達式中，以函數(shù)返回值參與表達式的運算。這種方式要求函數(shù)是有返回值的。

例如：z=max(x,y)是一個賦值表達式，把max的返回值賦予變量z。

(2)函數(shù)語句：函數(shù)調(diào)用的一般形式加上分號即構(gòu)成函數(shù)語句。

例如：printf("%d",a);和scanf("%d",&b);?都是以函數(shù)語句的方式調(diào)用函數(shù)。

(3)函數(shù)實參：函數(shù)作為另一個函數(shù)調(diào)用的實際參數(shù)出現(xiàn)。這種情況是把該函數(shù)的返回值作為實參進行傳送，因此要求該函數(shù)必須是有返回值的。

例如：printf("%d",max(x,y));?即是把max調(diào)用的返回值又作為printf函數(shù)的實參來使用的。在函數(shù)調(diào)用中還應該注意的一個問題是求值順序的問題。所謂求值順序，是指對實參表中各量是自左至右使用，還是自右至左使用。對此，各系統(tǒng)的規(guī)定不一定相同。

【例9-8】函數(shù)調(diào)用實例。

4．被調(diào)用函數(shù)的聲明和函數(shù)原型

在主調(diào)函數(shù)中調(diào)用某函數(shù)之前應對該被調(diào)函數(shù)進行說明(聲明)，這與使用變量之前要先進行變量說明是一樣的。在主調(diào)函數(shù)中對被調(diào)函數(shù)作說明的目的是使編譯系統(tǒng)知道被調(diào)函數(shù)返回值的類型，以便在主調(diào)函數(shù)中按此種類型對返回值作相應的處理。

函數(shù)聲明的一般形式為：

類型說明符被調(diào)函數(shù)名(類型形參，類型形參，…)；

或可以表示為：

類型說明符被調(diào)函數(shù)名(類型，類型，…)；

9.4函數(shù)的嵌套調(diào)用

9.4.1函數(shù)嵌套調(diào)用的原理

C程序中的函數(shù)定義是互相獨立的，函數(shù)和函數(shù)之間沒有從屬關(guān)系，即一個函數(shù)內(nèi)不允許包含另一個函數(shù)的定義。C語言不能嵌套定義，但可以嵌套調(diào)用，即在一方函數(shù)調(diào)用另一方函數(shù)的同時，又調(diào)用了第三方函數(shù)，其關(guān)系如圖9.6所示。圖9.6函數(shù)嵌套調(diào)用原理9.4.2函數(shù)嵌套調(diào)用實例

【例9-9】函數(shù)嵌套調(diào)用示例。圖9.7例9-9運行結(jié)果

【例9-10】階乘求和，計算s=1!+2!+3!+…+n!。

9.5函數(shù)的遞歸調(diào)用

9.5.1函數(shù)遞歸調(diào)用原理

一個函數(shù)在它的函數(shù)體內(nèi)調(diào)用其自身稱為遞歸調(diào)用，這種函數(shù)稱為遞歸函數(shù)。C語言允許函數(shù)的遞歸調(diào)用。在遞歸調(diào)用中，主調(diào)函數(shù)又是被調(diào)函數(shù)。執(zhí)行遞歸函數(shù)將反復調(diào)用其自身，每調(diào)用一次就進入新的一層。

例如，有函數(shù)f如下：

(1)直接遞歸調(diào)用：一個函數(shù)可直接調(diào)用該函數(shù)本身的情況稱為直接遞歸調(diào)用。例如：

(2)間接遞歸調(diào)用：一個函數(shù)可間接地調(diào)用該函數(shù)本身的情況稱為間接遞歸調(diào)用。例如：9.5.2函數(shù)遞歸調(diào)用實例

【例9-11】函數(shù)遞歸調(diào)用的簡單例子。圖9.8例9-11運行結(jié)果

【例9-12】用遞歸法計算n!。

用遞歸法計算n!可用下述公式表示：

n!=1

(n=0,1)

n×(n-1)! (n>1)按公式可編程如下：

【例9-13】Hanoi塔問題。

一塊板上有三根針A，B，C。A針上套有64個大小不等的圓盤，大的在下，小的在上。現(xiàn)要把這64個圓盤從A針移動C針上，每次只能移動一個圓盤，移動可以借助B針進行。但在任何時候，任何針上的圓盤都必須保持大盤在下，小盤在上。求移動的步驟。本題算法分析如下：設(shè)A上有n個盤子。

如果n=1，則將圓盤從A直接移動到C。

如果n=2，則

(1)將A上的n-1(等于1)個圓盤移到B上；

(2)將A上的一個圓盤移到C上；

(3)將B上的n-1(等于1)個圓盤移到C上。如果n=3，則

(1)將A上的n-1(等于2，令其為n‘)個圓盤移到B上(借助于C)，步驟如下：

①將A上的n’-1(等于1)個圓盤移到C上；

②將A上的一個圓盤移到B上；

③將C上的n'-1(等于1)個圓盤移到B上。

(2)將A上的一個圓盤移到上C上；

(3)將B上的n-1(等于2，令其為n‘)個圓盤移到C上(借助A)，步驟如下：

①將B上的n’-1(等于1)個圓盤移到A上；

②將B上的一個盤子移到C上；

③將A上的n‘-1(等于1)個圓盤移到C上。

到此，完成了三個圓盤的移動過程。從上面分析可以看出，當n≥2時，移動的過程可分解為三個步驟：

第一步：把A上的n-1個圓盤移到B上；

第二步：把A上的一個圓盤移到C上；

第三步：把B上的n-1個圓盤移到C上，其中第一步和第三步是一樣的。當n=3時，第一步和第三步又分解為類似的三步，即把n'-1個圓盤從一個針移到另一個針上，這里的n'=n-1。顯然這是一個遞歸過程，因此代碼可編寫如下：圖9.9例9-13運行結(jié)果

9.6數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)

9.6.1數(shù)組元素作函數(shù)實參

數(shù)組元素就是下標變量，它與普通變量并無區(qū)別。因此它作為函數(shù)實參使用與普通變量是完全相同的，在發(fā)生函數(shù)調(diào)用時，把作為實參的數(shù)組元素的值傳送給形參，實現(xiàn)單向的值傳送。

【例9-14】判斷一個整數(shù)數(shù)組中各元素的值，若大于0則輸出該值，若小于等于0則輸出0值。編程如下：9.6.2數(shù)組名作為函數(shù)參數(shù)

用數(shù)組名作函數(shù)參數(shù)與用數(shù)組元素作實參有幾點不同。

(1)用數(shù)組元素作實參時，只要數(shù)組類型和函數(shù)的形參變量的類型一致，那么作為下標變量的數(shù)組元素的類型也和函數(shù)形參變量的類型是一致的。

(2)在普通變量或下標變量作函數(shù)參數(shù)時，形參變量和實參變量是由編譯系統(tǒng)分配的兩個不同的內(nèi)存單元。圖9.10函數(shù)值傳遞原理

【例9-15】數(shù)組a中存放了一個學生5門課程的成績，求平均成績。

【例9-16】判斷一個整數(shù)數(shù)組中各元素的值，若小于0則置為0。

【例9-17】把例9-16修改如下：

(3)在函數(shù)形參表中，允許不給出形參數(shù)組的長度，或用一個變量來表示數(shù)組元素的個數(shù)。

例如，可以寫為：

voidnzp(inta[])

或?qū)憺椋?/p>

voidnzp(inta[]，intn)

【例9-18】將例9-16修改如下：

(4)多維數(shù)組也可以作為函數(shù)的參數(shù)。在函數(shù)定義時對形參數(shù)組可以指定每一維的長度，也可省去第一維的長度。因此，以下寫法都是合法的。

intMA(inta[3][10])

或

intMA(inta[][10])

9.7局部變量和全局變量

9.7.1局部變量

局部變量也稱為內(nèi)部變量。局部變量是在函數(shù)內(nèi)作定義說明的，其作用域僅限于函數(shù)內(nèi)，離開該函數(shù)后再使用這種變量是非法的。例如：

【例9-19】變量的作用域。9.7.2全局變量

全局變量也稱為外部變量，它是在函數(shù)外部定義的變量。它不屬于任何一個函數(shù)，它屬于一個源程序文件，其作用域是從定義開始到程序結(jié)束為止。例如：

【例9-20】輸入長方體的長寬高l,w,h。求其體積及三個面的面積。

解析：長寬高分別用變量l,w,h來表示，體積及三個面分別用v,s1,s2,s3