C語言程序設計教程第6章

第六章函數與編譯預處理6.1模塊化程序設計與函數6.2函數的定義與調用6.4變量作用域與存儲方式返回6.3函數的遞歸調用6.5編譯預處理C語言程序設計教程6.1模塊化程序設計與函數

在設計較復雜的程序時，我們一般采用的方法是：把問題分成幾個部分，每部分又可分成更細的若干小部分，逐步細化，直至分解成很容易求解的小問題。這樣的話，原來問題的解就可以用這些小問題來表示。下一頁第6章函數與編譯預處理基本模塊模塊模塊模塊模塊模塊模塊模塊模塊模塊模塊結構圖6.1.1模塊與函數

C語言程序由基本語句和函數組成，每個函數可完成相對獨立的任務，依一定的規(guī)則調用這些函數，就組成了解決某個特定問題的程序。下一頁第6章函數與編譯預處理把大任務分解成若干功能模塊，用多個函數來實現這些功能模塊。通過函數的調用來實現完成大任務的全部功能。任務、模塊與函數的關系：一個大任務分成多個功能模塊，功能模塊則由一個或多個函數實現。模塊化的程序設計是靠設計函數和調用函數實現的。任務：輸入三個數，從大到小的順序的輸出。如果大于等于85，在該數后面輸出‘A’，小于85且大于等于70,則輸出‘B’，小于70且大于等于60，輸出‘C’，如果小于60,則輸出‘D’。思路：scanf()輸入分數

另建一個排序函數

判斷并輸出等級函數

打印分數及等級的函數雖然也可以由一個主函數來完成，但這樣做可讀性及操作性會更好。下一頁第6章函數與編譯預處理例如分數排序點擊查看程序請6.1.2模塊設計的原則模塊獨立規(guī)模適當層次分明功能專一下一頁第6章函數與編譯預處理

獨立性原則表現在模塊完成獨立的功能,和其它模塊間的關系簡單,各模塊可以單獨調試。修改某一模塊,不會造成整個程序的混亂。要做到模塊的獨立性要注意以下幾點每個模塊有特定功能每個模塊力求簡單每個模塊應用獨立變量點擊模塊不能太大,但也不能太小。模塊的功能復雜,可讀性就不好，而且也違背獨立性原則。但如果做得太小，實際上也會復雜各個模塊間反復調用，可讀性也會降低。這點需要慢慢積累經驗，好好把握。下一頁第6章函數與編譯預處理分解模塊要注意層次，更多層次的分解任務，要注意對問題進行抽象化。開始不要過于注意細節(jié)，要做到逐步細化求精。6.1.3算法描述簡介什么是算法?

通俗地說，算法是解決一類特定問題的方法和步驟。

算法是一個有限操作的序列。算法的每一步都是確定的。算法的每一步計算機都能操作。有一個或多個的輸入或輸出。下一頁第6章函數與編譯預處理算法描述的任務是將解題步驟和方法用一定的形式表示出來,要清楚、準確、嚴謹，還要可讀性好,方便實現。

算法兩大要素：

一是操作，用類計算機語句或自然語言描述。

二是控制結構，描述算法一般可以用流程圖描述。設計算法：找出a，b兩數中的較大者，并輸出分析：這個問題分三個步驟：輸入兩個數；找出其中的大數；輸出大數。第6章函數與編譯預處理例6.2開始輸入a,ba<b交換a,b輸出a結束非00算法流程圖見右返回6.2函數的定義與調用在C語言中,函數（Function）是一個處理過程，可以進行數值運算、信息處理、控制決策，即一段程序的工作放在函數中進行，函數結束時可以攜帶或不帶處理結果。

庫函數(標準函數)：系統(tǒng)提供

自定義函數：用戶自己寫下一頁第6章函數與編譯預處理

C語言程序處理過程全部都是以函數形式出現，最簡單的程序至少也有一個main函數。函數必須先定義和聲明后才能調用?！昂瘮怠钡闹饕R點函數的定義函數的參數和返回值函數的調用嵌套和遞歸變量的作用域下一頁第6章函數與編譯預處理6.2.1標準庫函數C語言有豐富的庫函數，這些函數的說明在不同的頭文件(*.h)中。想要調用標準的庫函數，就必須include。#include<stdio.h>

main()

{printf(“%d”,1024*768);

}調用printf函數時，

必須include<stdio.h>下一頁第6章函數與編譯預處理6.2.2函數的定義可以把完成一個任務的過程寫成函數。intA_to_a(intcapital)

{intsmall;

if(capital>=‘A’&&capital<=‘Z’)

small=capital–(‘A’-’a’);

returnsmall;

}返回值類型名函數名注意不要與已有庫函數重名參數說明和參數列表調用函數時輸入參數的格式要與之相同定義局部變量最好只使用局部變量，這樣將方便調試。另外請注意這樣的判斷，如寫成‘A’<capital<‘Z’是不行的下一頁第6章函數與編譯預處理如果不需返回則可return0;返回值#include<conio.h>

main()

{inta,b,m;

/*說明變量*/

intmax(inta,intb);

/*函數聲明*/

scanf("%d,%d",&a,&b);

/*調用庫函數scanf*/

m=max(a,b);

/*調用字定義函數max*/

printf("max=%d\n",m));

/*調用庫函數printf*/

getch();

/*調用庫函數getch*/

}下一頁第6章函數與編譯預處理舉例intmax(inta,intb)

/*定義函數max*/

{

inty;

y=(a>b)?a:b;/*條件表達式*/

returny;

}if(a>b)y=a;

elsey=b;自定義函數的聲明自定義函數在調用前應先聲明。使系統(tǒng)知道將要用到某個函數及它的類型，以便處理。函數聲明應與該函數定義時給出的函數類型與名字、形參的個數、類型、次序相一致。#include“stdio.h”

voidmain()

{floatx,y;

intn;

floatpower(floatx,intn);

scanf("%f,%d",&x,&n);

y=power(x,n);printf(“%8.2f”,y);

}floatpower(floatx,intn)

{inti;

floatt=1;

for(i=1;i<=n;i++)

t=t*x;

returnt;

}下一頁第6章函數與編譯預處理求1!+2!+3!+…+10!算法：i=1;s=0;當i<=10s=s+i!定義求i!的函數下一頁第6章函數與編譯預處理voidmain(){longmm(int);/*自定義求階乘函數應先聲明*/inti;longs=0;for(i=1;i<=10;i++)s+=mm(i);/*調用求階乘函數,求I的階乘*/printf(“\n%ld”,s);}舉例longmm(intn){longt=1;inti;for(i=1;i<=n;i++)t*=i;returnt;}定義n!的函數同樣的，在調用

m=max(a,b)時，其形參

的值是a和b

而m將會得到y(tǒng)的值函數的參數intmax(inta,intb)

{

inty;

y=(a>b)?a:b;

returny;

}調用時:m=max(3,6);

m=max(a,b);

返回值括號里是實參在這一句調用時，

形參的值是3和6其返回值y將被賦給

調用語句中的m下一頁第6章函數與編譯預處理括號里是形式參數形式參數與實際參數的關系形式參數在函數中是變量名,在函數調用時,形參被分配相應的內存。實際參數是表達式負責向對應的形參標識的內存單元傳遞數據。實參與形參必須個數相同。對應的形參和實參的類型必須一致。

下一頁第6章函數與編譯預處理主調函數中有如下語句:

scanf("%d,%d",&a,&b);

m=max(a,b+3);如果輸入6,2函數intmax(inta,intb)形參a得到第一個實際參數a的值6形參b得到第二個實際參數b+3的值5例如函數返回值函數返回值通過return語句獲得函數返回值的類型就是函數的類型

returny;

將變量y的值返回給調用者

returny+3;

將表達式的值返回給調用者

return的數據類型與函數的類型矛盾時，自動將數據轉換成函數的類型下一頁第6章函數與編譯預處理intfunct1(){charch;

while

((ch=getch())<'a'||(ch>'z')

;

returnch;}調用:i=funct1();返回的是int類型函數沒有返回值，函數定義成空類型voidputline()

{inti;

for(i=0;i<35;i++)

printf("-");

printf("\n");

}函數的功能就是輸出35個‘-’調用:putline();

應該的語句形式

i=putline();是錯的下一頁第6章函數與編譯預處理調用函數a=function(x,y);

或者

function(x,y);取返回值

只是操作解決更復雜問題時可以嵌套調用longfac(intk)

{longf=1;

inti;

for(i=1;i<=n;i++)

f=f*i;

retrunf;

}

longcombination(intn,intm)

{longc;

inti;

c=fac(m)/(fac(n)*fac(m-n));

retrunc;

}

主函數:

main()

{intn,m;

longc;

scanf(“%d,%d”,&n,&m);

c=combination(n,m);

prnit(“%ld”,c);

}理論上可以a(b(d(e(x))),c(f))

般嵌套無數層第6章函數與編譯預處理返回6.3函數的遞歸調用函數調用它本身，稱為遞歸。直接在函數內調用自己為直接遞歸，通過別的函數調用自己為間接遞歸。voida()

{......

a();

......

}voida()

{......

b();......

}

voidb()

{......

a();

......

}遞歸在解決某些問題中，是一個十分有用的方法。因為其一,有的問題它本身就是遞歸定義的;其二,它可以使某些看起來不易解決的問題變得容易解決，寫出的程序較簡短。下一頁第6章函數與編譯預處理例：遞歸方法求n!

由于n！=n*(n-1)!是遞歸定義所以求n?。╪-1）！

(n-1)!（n-2）！

(n–2)!（n-3）！

……

0！的問題，

根據公式有0！=1。

再反過來依次求出1！，2！……直到最后求出n！。下一頁第6章函數與編譯預處理longfac(intn)

{longf;

if(n==0)

f=1;

else

f=n*fac(n-1);

returnf;

}

main()

{longy;

intn;

scanf(“%d”,&n);

y=fac(n);

printf(“%d!=%ld”,n,y);

}剛開始的時候，這個n是前面

輸入的需要階乘的n所以在這里帶入的值是n而這個函數里又調用

了本身，不過參數已經

變成了n-1所以這里再次調用時

參數已經變成了n-1注意：上次調用fac(n)

還沒有完，只是由于遇到

了fac(n-1)而執(zhí)行fac(n-1)

去了.而在調用fac(n-1)時同樣

遇到了要調用fac(n-2)的問題，于是一層一層的

包裹下去，每次調用的

時候都會在內部調用一

個結構相同但變量不同

的函數，直到。。。直到調用到fac(0)時，由于內部if判斷，已經

不需要再繼續(xù)調用另一

個fac(n-1)，而直接有了f=1fac(0)已經執(zhí)行完畢，它的

返回值被fac(1)中的f=n*fac(n-1)

語句賦給了f值，同時返回了f。而這個返回的f又被fac(2)乘上

當前的n值以后繼續(xù)返回f直到最后的fac(n)都做完了，

f的值被返回到了它的調用點：

主函數中，這樣就是一個遞歸

運算。下一頁第6章函數與編譯預處理程序

第1個月有1對兔子過2個月,兔子就可每個月生1對兔子問第n個月有多少對兔子?分析:設第n個月有f(n)對兔子根據題意有f(0)=0,f(1)=1f(n)=f(n-1)+f(n-2)f(n-1):前一個月的兔子數f(n-2):本月生的兔子數

下一頁第6章函數與編譯預處理遞歸舉例例1定義函數f(n)longf(intn)

{

switch(n){case0:return0;break;case1:return1;break;

default:returnf(n-1)+f(n-2);/*調用函數f(n)*/}}下一頁第6章函數與編譯預處理下一頁第6章函數與編譯預處理兔子問題主函數voidmain(){longf(intn);/*自定義函數聲明*/intn;

printf(“\ninputn:”);

scanf(“%d”,&n);printf(“\nf(%d)=%ld”,n,f(n));

/*調用函數f(n)*/}輾轉相除法求最大公約數

求m和n的公約數算法if(m%n)==0

n是公約數;else

求n和m%n的公約數;下一頁第6章函數與編譯預處理例2求最大公約數的遞歸算法

intgcd(intm,intn)

{if(m%n)==0

returnn;else

returngcd(n,m%n);}求最大公約數的主函數voidmain(){intm,n,t;

intgcd(intm,intn);

scanf(“%d%d”,&m,&n);

if(m<n)

{t=a;a=b;b=t;}

t=gcd(m,n);/*調用函數gcd(m,n);

*/print(“\ngcd=%d”,t);}下一頁第6章函數與編譯預處理漢諾塔說到遞歸，就不能不提漢諾塔，漢諾塔是一個很繁雜的游戲，但可以用遞歸的方法異常簡單的完成。規(guī)則：(1)一次只能移動一個

(2)大的不能放在小的上面

(3)只能在三個位置中移動下一頁第6章函數與編譯預處理例3問題可分為三個步驟對于把n個金片從第一根針a上移到第三根針c的問題可以分解成如下步驟:(1)將n-1個金片從a經過c移動到b。(2)將第n個金片移動到c。(3)再將n-1個盤子從b經過a移動到c。這樣我們就將移動n個金片的問題變成了移動n-1個金片的問題。這樣做下去的話最后就會變成移動一個金片的問題。下一頁第6章函數與編譯預處理遞歸方法解漢諾塔voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}n=1時,直接將金片

從a移動到cn-1個金片從a經過

c移動到b將第n個金片

從a移動到c再將n-1個盤子從

b經過a移動到c主函數：main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}下一頁第6章函數與編譯預處理遞歸漢諾塔步驟voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}輸入3則n=3下一頁第6章函數與編譯預處理n=3

主函數調用hanoi(n,1,2,3);第一次調用。第一次調用hanoi(n,a,b,c)(第一層)即要把三個金片移到c由于n>1則執(zhí)行hanoi(n-1,a,c,b)

(第二次調用)n=3由于仍然n>1則執(zhí)行

hanoi(n-1,a,c,b)

(第三次調用)n=2下一頁第6章函數與編譯預處理遞歸漢諾塔步驟voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}由于n=1則printf(“%d->%d”,a,c);

即把金片從a移動到cn=1下一頁第6章函數與編譯預處理第三層執(zhí)行完畢，返回到第二層，即下去執(zhí)行printf(“%d->%d”,a,c);把第二個金片擺到第二根針上n=2遞歸漢諾塔步驟voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}執(zhí)行下一條語句，又調用第三層hanoi(1,3,1,2)n=2n=1,執(zhí)行結果為32n=1下一頁第6章函數與編譯預處理

遞歸漢諾塔步驟voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}第二層也執(zhí)行完了，返回第一層，執(zhí)行接下來的語句，結果為13。n=3下一頁第6章函數與編譯預處理遞歸漢諾塔步驟voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}

執(zhí)行接下來的語句，再次調用

第二層hanoi(2,2,1,3)n=3第6章函數與編譯預處理遞歸漢諾塔步驟voidhanoi(intn,inta,intb,intc)

{

if(n==1)

printf(“%d->%d”,a,c);

else

{hanoi(n-1,a,c,b);

printf(“%d->%d”,a,c);

hanoi(n-1,b,a,c);

}

}main()

{intn;

printf(“inputn:”);

scanf(“%d”,&n);

hanoi(n,1,2,3);

}

返回6.4變量的作用域與存儲方式先看一個例子,錯在那里?:voidf1(){intt=2;a*=t;b/=t;}main(){inta,b;printf(“Entera,b:”);scanf(“%d,%d”,&a,&b);f1();/*調用函數f1()*/printf(“a=%d,b=%d”,a,b);}編譯程序會提示出錯:Undefinedsymbol‘a’和Undefinedsymbol‘b’

。為什么?下一頁第6章函數與編譯預處理變量的作用域即變量的有效范圍1.變量按作用域分為全局變量和局部變量2.比較:全局變量(外部變量)局部變量(內部變量)

定義位置:函數體外函數體內作用域:從定義處到本源從定義處到本函數結束文件結束舉例:所有函數體外定義(1)所有在函數體內定義的變量(2)形式參數

與局部變量同名的處理局部變量屏蔽全局變量不同函數中同名局部變量互不干擾下一頁第6章函數與編譯預處理6.4.1變量的作用域注意#include<stdio.h>inta,b;/*a，b為全局變量*/voidf1(intx){intt1,t2,a;a=t1=x*4;t2=b*3;b=10；printf(“f1:t1=%d,t2=%d,a=%d,b=%d\n”,t1,t2,a,b);}main(){a=2;b=4;/*此a,b是全局變量，賦值*/f1(a);/*調用函數f1()*/printf(“main:a=%d,b=%d”,a,b);}f1:t1=8,t2=12,a=8,b=10main:a=2,b=10下一頁第6章函數與編譯預處理舉例結果若將程序改為:#include<stdio.h>inta=2,b=4;/*a，b為全局變量*/voidf1(){intt1,t2;t1=a*2;t2=b*3;b=100；printf(“t1=%d,t2=%d，b=%d\n”,t1,t2,b);}main(){intb=4;/*此b是局部變量，賦值*/f1();/*調用函數f1()*/printf(“a=%d,b=%d”,a,b);}全局變量與局部變量同名時,局部變量起作用，全局變量被屏蔽（不影響）,應小心使用下一頁第6章函數與編譯預處理結果t1=4,t2=12,b=100a=2,b=4結論變量按存在時間分靜態(tài)存儲類型的變量的生存期為程序執(zhí)行的整個過程，在該過程中占有固定的存儲空間，通常稱它們?yōu)橛谰么鎯?。動態(tài)存儲類型變量只生存在某一段時間內。例如，函數的形參和函數體或分程序中定義的變量，只是在程序進入該函數或分程序時才分配存儲空間，當該函數或分程序執(zhí)行完后，變量對應的存儲空間又被撤銷了。下一頁第6章函數與編譯預處理6.4.2變量的存儲方式靜態(tài)變量動態(tài)變量

c語言中每一個變量有兩個屬性:數據類型,存儲特性完整的變量定義:[存儲特性][數據類型]變量名;

自動型auto靜態(tài)型static寄存器型register外部型extern(1)auto型：每次進入程序是自動分配內存,不長期占用內存例如:形式參數,自動型局部變量(2)static型：①局部靜態(tài)變量②全局靜態(tài)變量長期占用內存下一頁第6章函數與編譯預處理變量的存儲特性分析執(zhí)行結果f(inta){intb=0;staticintc=3;b++;c++;printf(“%5d%5d%5d”,a,b,c);return(a+b+c);}main(){inta=2,k;for(k=0;k<3;k++)printf(“%5d\n”,f(a));}靜態(tài)變量只初始化一次結果：214（a,b,c)7(f(a))21582169下一頁第6章函數與編譯預處理例如

數據內存運算器運算器結果控制器數據寄存器寄存器變量只限于整型、字符型、指針型的局部變量。寄存器變量是動態(tài)變量，而且數目有限,一般僅允許說明兩個寄存器變量。例如:registerintd;registercharc;下一頁第6章函數與編譯預處理(3)register型將使用頻率高的變量定義為register型,可以提高運行速度。(4)extern型引用:

extern類型變量名;如果某個模塊文件中要用到另一個模塊文件中的全局變量，就要用extern說明第6章函數與編譯預處理例如:程序模塊file1.c中定義了全局變量

ints;而在另一個程序模塊file2.c中的函數fun1()中需要使用這個變量s。為此，可以在file2.c的函數fun1()中加上外部變量說明語句:fun1(){externints;/*表明變量s是在其他文件定義的*/.......}定義時分配內存,其他文件引用時不再分配內存.返回6.5編譯預處理“編譯預處理”是C語言編譯系統(tǒng)的一個組成部分。是在編譯前由編譯系統(tǒng)中的預處理程序對源程序的預處理命令進行加工。源程序中的預處理命令均以“#”開頭，結束不加分號，以區(qū)別源程序中的語句，它們可以寫在程序中的任何位置，作用域是自出現點到源程序的末尾。預處理命令包括執(zhí)行宏定義(宏替換)、包含文件和條件編譯。下一頁第6章函數與編譯預處理1.一般形式為:#define宏名串(宏體)如:#definePI3.14159/*定義后,可以用PI來代替串3.14159*/2.宏定義的作用：在宏定義之后,該程序中宏名就代表了該字符串。3.說明①可以用#undef命令終止宏定義的作用域。例如：#undefPI②宏定義的嵌套使用#defineR3.0#definePI3.1415926#defineL2*PI*R/*宏體是表達式*/#defineSPI*R*R下一頁第6章函數與編譯預處理6.5.1宏定義無參宏定義例如：main(){printf(＂L=%f\nS=%f\n＂，L，S)；/*2*PI*R替換L,PI*R*R替換S*/}程序運行結果：L=18.849556③雙引號內與宏同名的字母不作宏展開.(見上例)帶參數的宏定義1.帶參數的宏定義的一般形式為#define宏名(參數表）字符串如：#defineS(a,b)a*b#definePR(x)printf(＂s=%f\n”,x)下一頁第6章函數與編譯預處理2.帶實參的宏名被展開下一頁第6章函數與編譯預處理宏定義與函數的區(qū)別

(1)引用宏只占編譯時間，不占運行時間。(2)引用宏沒有返回值

宏名被所定義的宏體替換,宏體中的形參按從左到右的順序被實參替換。例如:area=S(3,2);PR(area);展開為:area=3*2；PR(area)展開的結果是:printf(＂s=%f\n”,area);#definesqu(n)n*nvoidmain(void){printf(＂%f\n＂,27.0/squ(3.0));}注意，展開為27.0/3.0*3.0不是27.0/(3.0*3.0)程序輸出結果為：27.000000例如下一頁第6章函數與編譯預處理(3)宏替換的形參無類型(4)實參為表達式的情況函數調用是先計算出實參的值,再將值傳遞給形參；宏的引用是用表達式替換形參.

例如: