07、函数介绍

厨子大约 6 分钟C语言基础程序程序厨

函数是代码块，主要用于执行特定的任务或计算并返回一个值。函数是我们编码不可或缺的一部分，有了函数的存在，代码才更具模块化、可重用性和可读性。

可以这么说，能做到合理封装好函数的程序员才是一个合格的程序员。

下面详细介绍。

正文

函数的声明与定义

声明

函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型以及它接受的参数类型。声明通常放在头文件（.h或.hpp）或源文件的开始部分。

// 函数声明
int add(int a, int b);

定义

函数定义提供了函数的实际实现。定义包括函数体，即函数要执行的代码。

// 函数定义
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

有看出区别吗？大体你可以认为函数参数表后面带分号的就是函数的声明，带大括号的就是函数的定义。

  • 函数声明的格式：返回值类型 函数名(参数表);
  • 函数定义的格式：返回值类型 函数名(参数表) { 语句块; }

在声明一个函数的时候，参数是没有实际值的，只是起到一个占位的作用，所以一般称为形式参数，也就是形参。

因为没有实际值，所以即便你声明函数时不添加参数的名字也是没问题的，比如：

int func(int, int);

这样也是可以的，但是平时编程过程中不建议这么写，当然像我上面那么写也是不优雅的，一般函数名和参数名字都要能清晰的表达用意，比如：

int sum(int first, int second) {
  return first + second;
}

这样我们能明确知道这个函数作用就是求两数之和。

介绍了形参，还需要介绍与之对应的一个概念，就是实参，也就是实际参数。

比如：

int value = sum(a, b);

这里面调用了函数sum，传入了两个参数a和b，这里的a和b就是实际参数，它们是真正能起到实际作用的参数。

参数与返回值

返回值

函数可以返回一个值给调用者。返回值的类型在函数声明和定义中指定。

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

在上述例子中，multiply函数返回两个整数的乘积。

参数处理

函数参数用于在函数调用时向函数传递数据。参数的类型、数量和逻辑关系决定了函数如何接收和使用这些数据。

  • 按值传递：参数在函数调用时被复制，函数内部对参数的修改不会影响外部变量。
void increment(int &x) {
    x++;
}
  • 按引用传递：参数传递的是变量的引用，函数内部对参数的修改会影响外部变量。
void increment(int &x) {
    x++;
}
  • 默认参数：允许为参数提供默认值，调用时可以省略这些参数。
void printInfo(string name, int age = 20) {
    cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;
}

作用域与生命周期

作用域

变量的作用域决定了变量的可见性和可访问性。

  • 局部变量：在函数内部声明的变量，其作用域仅限于该函数内部。
void example() {
    int localVar = 10; // 局部变量
}
  • 全局变量：在所有函数外部声明的变量，其作用域是整个程序。
int globalVar = 20; // 全局变量

生命周期

变量的生命周期决定了变量存在的时间。

  • 局部变量的生命周期：从声明开始，到函数返回时结束。
void example() {
    int localVar = 10; // 局部变量，生命周期从声明到函数返回
}
  • 全局变量的生命周期：从程序开始到程序结束。
int globalVar = 20; // 全局变量，生命周期从程序开始到程序结束

递归函数

递归函数是一种调用自身的函数。递归函数必须有一个终止条件，否则会导致无限递归和程序崩溃。

递归函数的编写

递归函数主要涉及两个关键部分：

  • 递归终止条件：当满足某个条件时，函数停止递归调用。
  • 递归步骤：函数调用自身，但每次调用都向终止条件靠近。

举个经典的阶乘的例子：

// 计算阶乘的递归函数
int factorial(int n) {
    if (n <= 1) { // 终止条件
        return 1;
    } else { // 递归步骤
        return n * factorial(n - 1);
    }
}

注意事项

  • 递归深度：过深的递归调用可能导致栈溢出错误，要控制好递归的深度。
  • 尾递归优化：某些编译器可以优化尾递归，使其效率更高，但不是所有编译器都支持这种优化。

什么是尾递归？可以自己尝试搜索下。

延伸

  1. 一个程序内，相同的函数可以声明无数次，但是只能有一个定义，如果有多个定义，编译器也会懵的，它会不知道究竟选择哪个好，所以它会报错，比如：
#include <iostream>

int func(int a, int b);
int func(int a, int b) {
  return a;
}

int func(int a, int b) {
  return b;
}
int main(){}

这种程序就会报错：

test.cc:10:5: error: redefinition of 'func'
int func(int a, int b)
    ^
test.cc:5:5: note: previous definition is here
int func(int a, int b)
    ^
1 error generated.
  1. 在调用某个函数时，这个函数一定要在调用之前声明或者定义过，比如：
#include <iostream>

int main() {
 func(1, 2);
}

int func(int a, int b) {
  return b;
}

这种形式它会报错：

test.cc:5:5: error: use of undeclared identifier 'func'
    func(1, 2);
    ^
1 error generated.

尽管定义了函数func，但是它的调用是在上方，编译器是从上往下扫描代码的，在调用时它找不到函数的声明或者定义就会报错，要改动也很简单，在它上面加一个声明就好：

#include <iostream>
int func(int a, int b);
int main() {
    func(1, 2);
}

int func(int a, int b) {
    return b;
}

总结

函数是编程的基础，合理使用函数，可以提高代码的可读性、可维护性和可重用性，一定要掌握函数的灵活使用。

练习

  1. 编写一个函数 int factorial(int n)，该函数接收一个整数 n 作为参数，并返回 n 的阶乘（n! = n * (n-1) * ... * 2 * 1）。如果 n < 0，则返回 -1 表示错误。
  2. 编写一个函数 void reverseString(char* str)，该函数接收一个字符数组（C语言中的字符串）作为参数，并就地（in-place）反转该字符串。注意，字符串以 \0 结尾。
  3. 编写一个函数 int gcd(int a, int b)，该函数接收两个整数 a 和 b 作为参数，并返回它们的最大公约数（GCD）。你可以使用欧几里得算法来实现。