《C語言程序設(shè)計 》課件第6章

第6章函數(shù)6.1函數(shù)的基本語法知識6.2函數(shù)調(diào)用6.3函數(shù)的嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用6.4函數(shù)分解6.5變量的存儲類別與作用域6.6程序結(jié)構(gòu)6.7庫函數(shù)本章小結(jié)

6.1函數(shù)的基本語法知識

在前面已經(jīng)介紹過，C源程序是由函數(shù)組成的。C語言不僅提供了極為豐富的庫函數(shù)(如TurboC、MSC都提供了三百多個庫函數(shù))，還允許用戶定義自己的函數(shù)。用戶可以把自己的算法編寫成一個個相對獨立的函數(shù)模塊，然后用調(diào)用的方法來使用函數(shù)?？梢哉f，C程序的全部工作都是由各式各樣的函數(shù)完成的，所以也把C語言稱為函數(shù)式語言。

C語言中函數(shù)的基本語法知識包括函數(shù)定義的一般形式、return語句、函數(shù)調(diào)用及函數(shù)聲明。6.1.1函數(shù)定義

雖然“函數(shù)”這個術(shù)語來自數(shù)學(xué)，但C語言中函數(shù)的概念不完全等同于數(shù)學(xué)中函數(shù)的概念。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，函數(shù)是一種關(guān)系，這種關(guān)系使一個集合里的每一個元素對應(yīng)到另一個(可能相同的)集合里的唯一元素；在C語言中，函數(shù)是指能夠完成特定功能的一段代碼，它不一定要有參數(shù)，也不一定要有計算結(jié)果。函數(shù)定義的一般形式為

類型說明符函數(shù)名(形式參數(shù)表)

{

聲明部分

語句部分

}其中：

(1)類型說明符定義了該函數(shù)的類型，即函數(shù)執(zhí)行完后其返回值的類型。它遵循以下規(guī)則：可以為除數(shù)組外的任意類型，包括基本數(shù)據(jù)類型(整型、字符型等)、組合類型(結(jié)構(gòu))和指針類型。此外，類型說明符還可以為void(空)類型，表示該函數(shù)無返回值，稱為無返回值函數(shù)。類型說明符也可以省略不寫，缺省時默認的函數(shù)類型為整型。

(2)函數(shù)名是一個用戶自定義的標(biāo)識符，其命名規(guī)則同變量名完全一樣。函數(shù)名中存放的是函數(shù)的入口地址值。

(3)形式參數(shù)簡稱形參，是函數(shù)接收外部數(shù)據(jù)的接口。當(dāng)實際執(zhí)行到該函數(shù)時，各個形參已經(jīng)對應(yīng)了實際數(shù)值，無需在函數(shù)體內(nèi)部再對其賦值。在形參表中必須逐個說明各參數(shù)的類型，說明方式為

(類型1形參1，類型2形參2，…，類型n形參n)

即使幾個形參具有相同的數(shù)據(jù)類型，也必須對每個形參分別進行類型說明。當(dāng)沒有形參時，稱為無參函數(shù)，此時形參表雖然為空，但左右圓括號不能省去。

(4)由“{”、“}”括起來的部分稱為函數(shù)體，它由聲明部分和語句部分組成。聲明部分主要包括在函數(shù)內(nèi)部用到的變量或函數(shù)的聲明語句；語句部分由若干條語句組成。對于返回類型為void的函數(shù)，其函數(shù)體可以為空。

【例6.1】各類函數(shù)舉例如表6-1所示。通常我們將函數(shù)定義中除去函數(shù)體的其余部分稱為函數(shù)頭。這樣，一個函數(shù)定義就包括了函數(shù)頭和函數(shù)體兩部分。函數(shù)頭主要對函數(shù)的名字、輸入量及輸出量的類型進行定義，是函數(shù)與外界(程序其余部分)的接口。函數(shù)體主要用來實現(xiàn)本函數(shù)的功能，在函數(shù)體內(nèi)部看來形參是已知量，對于有返回值的函數(shù)，其最終的計算結(jié)果必須用return語句(參見6.1.3節(jié))帶回。在函數(shù)定義時函數(shù)頭的設(shè)計尤為重要。函數(shù)名最好用能反映函數(shù)功能的英文單詞；函數(shù)的類型就是函數(shù)返回值(輸出量)的類型；函數(shù)的形參列表包括了完成本函數(shù)功能必須已知的數(shù)據(jù)(輸入量)的名字及類型。在定義函數(shù)時，定義者必須從具體問題中分析得到以上三類信息。另外，設(shè)計函數(shù)體時，首先要記住在函數(shù)體內(nèi)部形參是已知量，其次，要注意返回值的類型最好與函數(shù)的類型保持一致。

【例6.2】

編寫函數(shù)求n！，n≥0。

分析：

首先確定函數(shù)的類型，即n!?最終的計算結(jié)果應(yīng)該為什么類型。顯然，int型的長度不夠，這里我們選擇long型，根據(jù)需要也可以選擇double型。然后確定形參類型及個數(shù)，完成本函數(shù)我們只需已知n即可，因此，形參為int型變量n。最后確定函數(shù)名為fac。

程序如下：

longfac(intn)

{

inti;

longa=1;

for(i=2;i<=n;i++)

a*=i;

return(a);

}

【例6.3】編寫函數(shù)，打印邊長為n的空心正方形。

程序如下：

voidprn(intn)

{

inti，j;

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

{

for(j=0;j<n;j++)

if(i==0||i==n-1)

printf(“*”);

elseif(j==0||j==n-1)

printf(“*”);

else

printf(“”);

printf(“\n”);

}

}6.1.2函數(shù)調(diào)用

一個程序的執(zhí)行總是從main函數(shù)開始的，在main函數(shù)內(nèi)部逐條語句順序執(zhí)行，直至main函數(shù)結(jié)束，則整個程序的執(zhí)行也結(jié)束。那什么時候程序才能執(zhí)行到定義在主函數(shù)外部的其他函數(shù)呢？這就要求我們在主函數(shù)內(nèi)部書寫函數(shù)調(diào)用了。

習(xí)慣上我們將包含函數(shù)調(diào)用的函數(shù)稱為主調(diào)函數(shù)，而將被調(diào)用的函數(shù)稱為被調(diào)函數(shù)。

函數(shù)調(diào)用的一般形式為

函數(shù)名(實際參數(shù)表)其中：

(1)函數(shù)名為已經(jīng)定義了的被調(diào)函數(shù)的函數(shù)名。

(2)實際參數(shù)簡稱實參，是主調(diào)函數(shù)傳遞給被調(diào)函數(shù)的數(shù)據(jù)。函數(shù)調(diào)用中的實參表與函數(shù)定義中的形參表必須在類型、順序及個數(shù)上一一對應(yīng)。實參可為常量、變量或表達式，發(fā)生調(diào)用時實參必須已經(jīng)有確定的值。

函數(shù)調(diào)用語句應(yīng)該出現(xiàn)在主調(diào)函數(shù)中的什么位置呢？根據(jù)函數(shù)有無返回值，可將函數(shù)調(diào)用語句在主調(diào)函數(shù)中的使用情況分為以下兩種：

(1)

void函數(shù)的調(diào)用不返回任何值，其作用與執(zhí)行一段代碼無異，因此void函數(shù)的調(diào)用獨立成語句，在函數(shù)調(diào)用后緊跟分號。

【例6.4】對例6.1中的無返回值函數(shù)example2調(diào)用的代碼段為

main()

{

/*void函數(shù)的調(diào)用獨立成語句*/

example2(5);

}

(2)非void函數(shù)調(diào)用會產(chǎn)生一個返回值，該值可以存儲在變量中，還可以進行測試、顯示或者用于其他用途。因此非void函數(shù)的調(diào)用與同類型(函數(shù)類型)常量的使用無異，它可以出現(xiàn)在同類型常量能夠出現(xiàn)的所有位置，如表達式、輸出表、實參表中等。如果不需要非void函數(shù)返回的值，也可以將其丟棄。

【例6.5】

對例6.1中的帶參函數(shù)example調(diào)用的代碼段為

main()

{

/*非void函數(shù)的調(diào)用可以出現(xiàn)在同類型常量能夠出現(xiàn)的所有位置*/

printf("\n%d\n"，example(5));

}

另外，在C語言中函數(shù)之間允許相互調(diào)用，也允許嵌套調(diào)用。函數(shù)還可以自己調(diào)用自己，稱為遞歸調(diào)用。6.1.3函數(shù)返回

函數(shù)完成指定的功能后就應(yīng)返回到主調(diào)函數(shù)中函數(shù)調(diào)用的下一條語句處執(zhí)行，并不一定要執(zhí)行完函數(shù)體中的所有語句才返回。怎樣使程序在適當(dāng)?shù)臅r候返回到調(diào)用處繼續(xù)執(zhí)行呢？這就要用return語句來實現(xiàn)了。該語句的功能是計算表達式的值，并返回給主調(diào)函數(shù)。

return語句有下列三種書寫形式(第一種用于void型函數(shù)，后兩種用于非void型函數(shù))：

return;

return(表達式);

return表達式;

【例6.6】

返回值與函數(shù)類型不一致時的自動轉(zhuǎn)換。

程序如下：

/*求兩個數(shù)中的最大數(shù)*/

intmax(floatx，floaty)

{

floatz;

z=x>y?x:y;

return(z);/*float類型自動轉(zhuǎn)換為int類型*/

}

當(dāng)x=1.5，y=2.6時，雖然z的值計算后為2.6，但最終函數(shù)調(diào)用的結(jié)果會自動轉(zhuǎn)換為2。

在函數(shù)定義中允許有多個return語句，但每次調(diào)用只能有一個return語句被執(zhí)行，因此只能返回一個函數(shù)值。

【例6.7】

函數(shù)定義中包含多條return語句。

程序如下：

/*判斷奇偶數(shù)*/

intfun(intx)

{

if(x%2==0)return(1); /*x為偶數(shù)，返回1*/

elsereturn(0);

/*x為奇數(shù)，返回0*/

}

在函數(shù)定義中也可以不包含任何返回語句。函數(shù)執(zhí)行完最后一條語句會自動返回到調(diào)用處。對非void函數(shù)，返回一個與其類型相同的隨機數(shù)，對void函數(shù)則不返回值。

【例6.8】非void函數(shù)的函數(shù)定義中不包含return語句，返回同類型隨機數(shù)。

程序如下：

intfun(intx)

{/*函數(shù)體中不包含返回語句*/

if(x%2==0)x=1;

elsex=0;

}

main()

{

printf("\n%d"，fun(5));

}

程序運行的結(jié)果并不是我們期望中的0，而是一個隨機數(shù)。6.1.4函數(shù)聲明

函數(shù)的定義和函數(shù)的調(diào)用可能分別出現(xiàn)在不同的源程序文件中，即使在同一源程序文件，也可能是調(diào)用語句在先，而函數(shù)定義在后。在這種情況下，執(zhí)行到函數(shù)調(diào)用時，編譯器沒有任何關(guān)于被調(diào)函數(shù)的信息：編譯器不知道被調(diào)函數(shù)有多少形參以及形參的類型是什么，也不知道被調(diào)函數(shù)的返回值是什么類型。這使得編譯器只能默認函數(shù)的類型為整型，也無法檢查傳遞給被調(diào)函數(shù)的實參個數(shù)及類型，只能進行默認的實參提升(參見6.2.3節(jié))并期待最好的情況發(fā)生。為了避免定義前調(diào)用的問題，一種方法是使每個函數(shù)的定義都出現(xiàn)在其調(diào)用之前，另一種方法是在調(diào)用前聲明每個函數(shù)。函數(shù)聲明使得編譯器可以先對函數(shù)進行概要瀏覽，而函數(shù)的完整定義以后再給出。

函數(shù)聲明的一般形式為

類型說明符函數(shù)名(類型形參，類型形參，…)；

也可省略形參變量名而簡寫為

類型說明符被調(diào)函數(shù)名(類型，類型，…)；注意：函數(shù)聲明一般獨立成語句，分號不可省。在C語言中也允許其與同類型的變量或函數(shù)一起聲明，此時的寫法如下：

類型說明符變量名，函數(shù)名1(類型，類型，…)，變量名，…，函數(shù)名2(類型，…)；

例如：

longa，reverse(long)，max(long，long)，b;

C語言中規(guī)定在以下幾種情況下可以省去函數(shù)聲明：

(1)如果被調(diào)函數(shù)的返回值是整型或字符型，則可以不對被調(diào)函數(shù)作說明，而直接調(diào)用。這時系統(tǒng)將自動對被調(diào)函數(shù)返回值按整型處理。

(2)當(dāng)被調(diào)函數(shù)的函數(shù)定義出現(xiàn)在主調(diào)函數(shù)之前，在主調(diào)函數(shù)中也可以不對被調(diào)函數(shù)再作說明而直接調(diào)用。

(3)如在所有函數(shù)定義之前，在函數(shù)外預(yù)先說明了各個函數(shù)的類型，則在以后的各主調(diào)函數(shù)中，可不再對被調(diào)函數(shù)作說明。當(dāng)程序中包含大量函數(shù)聲明時，建議使用第三種方法。具體做法是將函數(shù)的說明和一些公用類型(如結(jié)構(gòu)類型)的說明集中起來并單獨放在一個頭文件(.h文件)中，當(dāng)需要在某個源程序文件中調(diào)用這些函數(shù)時，只需在該文件的首部用一條預(yù)處理命令#include包含該頭文件即可。這種方法對函數(shù)的調(diào)用者來說非常方便，而且還可以減少編譯量。注意

定義和聲明是兩個完全不同的概念。定義是指建立被定義的對象，而聲明只是說明某個對象的存在，被聲明的對象必須在其他地方定義，否則這個聲明就是無效的、無意義的。兩者最明顯的區(qū)別就在于定義時系統(tǒng)會為對象分配存儲空間，而聲明時則不分配空間。 6.2函數(shù)調(diào)用

6.2.1函數(shù)的存儲

函數(shù)是C程序的一部分，根據(jù)馮·諾依曼存儲程序的思想，一個程序在執(zhí)行時會整個或部分被裝入內(nèi)存的代碼段，當(dāng)然函數(shù)也在其中，如圖6-1(a)所示。對整個程序進行編譯后，產(chǎn)生一張標(biāo)識符與其內(nèi)存地址的對應(yīng)表，其中包括各函數(shù)名與其入口地址的對應(yīng)記錄，如圖6-1(b)所示。這為之后的函數(shù)調(diào)用提供了基礎(chǔ)。圖6-1程序被裝入內(nèi)存的代碼段6.2.2函數(shù)調(diào)用的執(zhí)行過程

函數(shù)調(diào)用的過程從宏觀上可以用圖6-2表示，在主調(diào)函數(shù)順序執(zhí)行的過程中遇到函數(shù)調(diào)用時，轉(zhuǎn)去被調(diào)函數(shù)的入口地址處順序往下執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行到被調(diào)函數(shù)的最后一條語句或遇到返回語句時，返回主調(diào)函數(shù)中產(chǎn)生本次函數(shù)調(diào)用的地方繼續(xù)順序向下執(zhí)行。

這個過程看似簡單，但事實上系統(tǒng)在背后完成了很多用戶看不到的工作。為了保證在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后能精確返回到函數(shù)調(diào)用的下一條語句處繼續(xù)執(zhí)行，每次函數(shù)調(diào)用時系統(tǒng)都要進行保護“現(xiàn)場”的動作，而函數(shù)返回時又要恢復(fù)“現(xiàn)場”，并且必須保證這兩個“現(xiàn)場”的一致性。為了完成上述工作，系統(tǒng)需要維護一個“?！薄１举|(zhì)上是由若干內(nèi)存單元組成的一段空間(靜態(tài)或動態(tài))，它的最大特點就是“先進后出”。這個特點剛好符合函數(shù)調(diào)用與返回的要求，即最先被調(diào)用的最后返回，最后被調(diào)用的最先返回。這一特點在嵌套調(diào)用及遞歸調(diào)用中體現(xiàn)得更為明顯。圖6-2函數(shù)調(diào)用過程

1．保護現(xiàn)場

當(dāng)程序執(zhí)行到函數(shù)調(diào)用時，系統(tǒng)需要首先完成保護現(xiàn)場的任務(wù)，即將主調(diào)函數(shù)中當(dāng)前正在執(zhí)行的語句地址和正在使用的臨時變量壓棧。然后為被調(diào)函數(shù)中使用的形參及其內(nèi)部使用的變量動態(tài)分配存儲空間，并將實參值對照寫入形參后壓棧，根據(jù)調(diào)用中的被調(diào)函數(shù)名對照表進行查找，找到后取出被調(diào)函數(shù)入口地址，根據(jù)地址值獲取該函數(shù)的第一條語句并執(zhí)行，至此，就完成了從主調(diào)函數(shù)到被調(diào)函數(shù)的跳轉(zhuǎn)。

2．恢復(fù)現(xiàn)場

當(dāng)需要從被調(diào)函數(shù)返回主調(diào)函數(shù)時，系統(tǒng)又要恢復(fù)現(xiàn)場。此時首先彈出發(fā)生本次函數(shù)調(diào)用時的壓棧內(nèi)容，其中不僅包括返回值，還包括返回地址。將返回值記入主調(diào)函數(shù)中相應(yīng)的變量，根據(jù)返回地址找到下一條語句繼續(xù)執(zhí)行。

由此，我們可以看到，函數(shù)調(diào)用是有開銷的，即每調(diào)用一次函數(shù)，系統(tǒng)都必須為形參臨時分配一定的空間，用于實參與形參的參數(shù)傳遞，保存調(diào)用處的現(xiàn)場信息(如返回地址)也需要臨時分配空間，只有當(dāng)函數(shù)返回時才釋放這些空間。因此，雖然C語言不限制函數(shù)嵌套調(diào)用的深度，但實際上其深度是受系統(tǒng)內(nèi)存資源限制的。6.2.3函數(shù)間的數(shù)據(jù)傳遞

對于主調(diào)函數(shù)而言，被調(diào)函數(shù)就像封裝了各種不同功能的黑盒子。主調(diào)函數(shù)并不關(guān)心黑盒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而只關(guān)心其外部接口的設(shè)置(數(shù)據(jù)類型)。因此，不同函數(shù)間的數(shù)據(jù)傳遞方式是我們研究函數(shù)調(diào)用的關(guān)鍵，下面我們就從參數(shù)傳遞和返回值這兩個方面做進一步的分析。

1．主調(diào)函數(shù)向被調(diào)函數(shù)傳遞數(shù)據(jù)(實參傳遞數(shù)據(jù)給形參)

形參出現(xiàn)在函數(shù)定義中，且只在被調(diào)函數(shù)內(nèi)部有效；實參出現(xiàn)在主調(diào)函數(shù)中，且只在主調(diào)函數(shù)中有效(全局變量除外)。函數(shù)的形參和實參具有以下特點：

(1)形參變量只有在函數(shù)被調(diào)用時才分配內(nèi)存單元，在調(diào)用結(jié)束時，即刻釋放所分配的內(nèi)存單元。因此，形參只在函數(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)調(diào)用等，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(yīng)預(yù)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、類型、順序上應(yīng)嚴格一致，否則會發(fā)生類型不匹配的錯誤。

在C語言中，實參向形參傳遞數(shù)據(jù)遵循“單向值傳遞”的原則，即實參與形參占用不同的存儲空間，調(diào)用發(fā)生時只是將實參中的值賦給形參變量。在函數(shù)執(zhí)行過程中，對形參的賦值不會影響實參的值。從效果上來說，“單向值傳遞”的結(jié)果就好像是把每個形參初始化成與之匹配的實參的值。

【例6.9】

編寫一個函數(shù)，對末尾數(shù)非0的正整數(shù)求它的逆序數(shù)，如：reverse(3407)=7043。在主函數(shù)中輸入正整數(shù)。

程序如下：

#include<stdio.h>

voidmain()

{

longa，reverse(long); /*聲明reverse函數(shù)*/

scanf(“%ld”，&a);

printf(“調(diào)用reverse前：a=%ld\n”，a);

printf(“函數(shù)值：%ld\n”，reverse(a)); /*調(diào)用long型reverse函數(shù)*/

printf("調(diào)用reverse后：a=%ld\n"，a);

}

longreverse(longn) /*reverse函數(shù)定義*/

{

longk=0;

while(n){

k=k*10+n%10;

n/=10;

}

returnk;

/*返回語句*/

}

程序運行結(jié)果：

37082↙

調(diào)用reverse前：a=37082

函數(shù)值：28073

調(diào)用reverse后：a=37082

說明

調(diào)用reverse函數(shù)時，實參a的值37082傳給形參變量n，在reverse函數(shù)執(zhí)行過程中，形參n值不斷改變，最終成為0，但并沒有使實參a的值隨之改變。形參變量和實參變量是各自獨立的變量，占有不同的存儲空間，在函數(shù)reverse中對形參的更新，只是對形參本身進行，與實參無關(guān)，不論形參名與實參名是否相同都不影響實參值。

實參按值傳遞既有利也有弊。因為形參的修改不會影響到相應(yīng)的實參，所以可以把形參作為函數(shù)內(nèi)的變量來使用，這樣可以減少真正需要的變量的數(shù)量。

【例6.10】

計算數(shù)x的n次冪。因為n只是原始指數(shù)的副本，所以可以在函數(shù)體內(nèi)修改它，因此就不需要使用變量i了，簡化后的程序見程序2。

【例6.11】

假設(shè)我們需要一個函數(shù)，它把double型的值分解成整數(shù)部分和小數(shù)部分。因為函數(shù)無法返回兩個數(shù)，所以可以嘗試把兩個變量傳遞給函數(shù)并且修改它們。

程序如下：

voiddecompose(doublex,longint_part,doublefrac_part)

{

int_part=(long)x;

frac_part=x-int_part;

}

假設(shè)采用下面的方法調(diào)用這個函數(shù)：

decompose(3.14159，i，d);在調(diào)用開始，程序把3.141?59賦值給x，把i的值賦值給int_part，而且把d的值賦值給frac_part。然后，decompose函數(shù)內(nèi)的語句把3賦值給int_part，而把.141?59賦值給frac_part，接著函數(shù)返回?？上У氖?，變量i和d不會因為賦值給int_part和frac_part而受到影響，所以它們在函數(shù)調(diào)用前后的值是完全一樣的。當(dāng)然我們在學(xué)習(xí)完更多的C語法技巧后，上述問題是完全可以解決的。

C語言允許在實參類型與形參類型不匹配的情況下進行函數(shù)調(diào)用。其數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換遵循以下原則：

(1)編譯器在調(diào)用前遇到函數(shù)原型，即函數(shù)定義或函數(shù)聲明在函數(shù)調(diào)用之前。就像使用賦值一樣，每個實參的值被隱式地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)形參的類型。例如，如果把int類型的實參傳遞給期望得到double類型數(shù)據(jù)的函數(shù)，那么實參會被自動轉(zhuǎn)換成double類型。

(2)編譯器在調(diào)用前沒有遇到函數(shù)原型，即在函數(shù)調(diào)用之前沒有函數(shù)定義或函數(shù)聲明。編譯器執(zhí)行默認的實參提升：①把float類型的實參轉(zhuǎn)換成double類型；②執(zhí)行整值提升，即把char類型和short類型的實參轉(zhuǎn)換成int類型(C99實現(xiàn)了整數(shù)提升)。默認的實參提升可能無法產(chǎn)生期望的結(jié)果。

【例6.12】在如下程序中調(diào)用square函數(shù)時，編譯器沒有遇到原型，所以它不知道square函數(shù)期望有int類型的實參，但是獲得了double類型值，所以square函數(shù)將產(chǎn)生無效的結(jié)果。

程序如下：

#include<stdio.h>

intmain()

{

doublex=3.0;

printf(“Square:%d\n”，square(x)) /*實參為double型*/

return0;

}

intsquare(intn)

/*形參為int型*/

{

returnn*n;

}

2．被調(diào)函數(shù)向主調(diào)函數(shù)傳遞數(shù)據(jù)(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最終返回給主調(diào)函數(shù)的值，如調(diào)用正弦函數(shù)取得正弦值，調(diào)用例6.6的max函數(shù)取得最大數(shù)等。對函數(shù)的值(或稱函數(shù)返回值)有以下一些說明：

(1)函數(shù)的值只能通過return語句返回主調(diào)函數(shù)。因此，一個函數(shù)調(diào)用最多只能返回一個值。

(2)返回值的類型和函數(shù)定義中函數(shù)的類型應(yīng)保持一致。如果兩者不一致，則以函數(shù)類型為準，自動進行類型轉(zhuǎn)換。

(3)如返回值為整型，則在函數(shù)定義時可以省去類型說明。

(4)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”。 6.3函數(shù)的嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用

6.3.1嵌套調(diào)用

C語言中，函數(shù)是獨立的功能模塊，一個函數(shù)既可以被其他函數(shù)調(diào)用(主函數(shù)除外，它只能由系統(tǒng)調(diào)用)，同時它也可以調(diào)用其他函數(shù)。這種主函數(shù)調(diào)用函數(shù)A，函數(shù)A調(diào)用函數(shù)B，…，函數(shù)n-1調(diào)用函數(shù)n的調(diào)用關(guān)系，稱為函數(shù)的嵌套調(diào)用。

函數(shù)嵌套調(diào)用中的每次函數(shù)調(diào)用都遵循函數(shù)調(diào)用的執(zhí)行過程，同樣也包括參數(shù)傳遞、向被調(diào)函數(shù)跳轉(zhuǎn)、執(zhí)行和返回這些步驟。函數(shù)嵌套調(diào)用的執(zhí)行過程可用圖6-3簡單描述。圖6-3函數(shù)嵌套調(diào)用的執(zhí)行過程

【例6.13】

輸入4個整數(shù)，找出其中最大的數(shù)。用函數(shù)的嵌套調(diào)用來處理。

程序如下：

#include<stdio.h>

voidmain()

{

intmax_4(inta，intb，intc，intd);

inta，b，c，d，max;

printf(“Pleaseenter4intergernumbers:”);

scanf(“%d%d%d%d”，&a，&b，&c，&d);

max=max_4(a，b，c，d); /*主函數(shù)中調(diào)用max_4函數(shù)*/

printf("max=%d\n"，max);

}

intmax_4(inta，intb，intc，intd)

{/*返回四個數(shù)中的最大數(shù)*/

intmax_2(inta，intb)，m;

m=max_2(a，b); /*max_4函數(shù)中調(diào)用max_2函數(shù)*/

m=max_2(m，c); /*max_4函數(shù)中調(diào)用max_2函數(shù)*/

m=max_2(m，d); /*max_4函數(shù)中調(diào)用max_2函數(shù)*/

return(m);

}

intmax_2(inta，intb) /*max_2函數(shù)定義*/

{/*返回兩個數(shù)中的最大數(shù)*/

if(a>b)returna;

elsereturnb;

}6.3.2遞歸調(diào)用

函數(shù)的遞歸調(diào)用是指從某函數(shù)A的調(diào)用出發(fā)，經(jīng)過一次或多次函數(shù)調(diào)用后又調(diào)用到函數(shù)A，即函數(shù)調(diào)用了自身。函數(shù)的遞歸調(diào)用有兩種形式：直接遞歸調(diào)用和間接遞歸調(diào)用。直接遞歸調(diào)用是指在一個函數(shù)體內(nèi)直接調(diào)用該函數(shù)本身。間接遞歸調(diào)用是指在一個函數(shù)A的函數(shù)體內(nèi)調(diào)用另一個函數(shù)B，再從函數(shù)B的函數(shù)體內(nèi)出發(fā)，經(jīng)過一次或多次調(diào)用，又調(diào)用到函數(shù)A。

利用遞歸函數(shù)我們很容易求解結(jié)構(gòu)自相似性的問題。所謂結(jié)構(gòu)自相似性，是指對象的子部分與對象本身在結(jié)構(gòu)上相似。這里的對象可以指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以指計算過程或操作過程，比如，一些遞歸定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如鏈表、二叉樹等)，還有數(shù)學(xué)中存在的具有自相似性的計算過程(n！、)。

【例6.14】編寫遞歸函數(shù)求n！，n≥0。分析：函數(shù)頭的寫法與例6.2完全一樣，這里不再贅述。上述公式可看做是分段函數(shù)，因此很自然想到用if-else結(jié)構(gòu)構(gòu)建函數(shù)體，根據(jù)公式可直接寫出遞歸函數(shù)。程序如下：

longfac(intn)

{

longresult;

/*定義double類型變量result保存結(jié)果值*/

if(n==0)

result=1;

/*存在已知解的情況*/

else

result=n*fac(n-1);/*問題的自相似分解*/

returnresult;

}

main()

{

intn;

longy;

printf(“\ninputainteagernumber:\n”);

scanf(“%d”，&n);

y=fac(n);

printf("%d!=%ld"，n，y);

}由于函數(shù)每調(diào)用一次都需要占用一定數(shù)量的內(nèi)存資源，因此，遞歸的次數(shù)(即遞歸深度)不能無限制，否則會因為系統(tǒng)資源耗盡而導(dǎo)致程序終止。為了控制遞歸深度，在任何一個遞歸函數(shù)體內(nèi)，都必須有能使遞歸終止的語句，即包含一個遞歸終止條件的判斷語句。如果終止條件成立，則返回計算結(jié)果；否則繼續(xù)遞歸，并且遞歸的方向應(yīng)該是朝著存在已知解的方向。因此，在遞歸函數(shù)的設(shè)計過程中我們應(yīng)把握兩點：

(1)問題的自相似分解：將問題分解為類型相同且規(guī)模不斷縮小的子問題并最終分解成存在已知解的子問題。

(2)終止條件：滿足終止條件時存在已知解。

【例6.15】兔子繁殖問題。1202年，意大利數(shù)學(xué)家斐波那契提出了“兔子繁殖問題”：假設(shè)一對成熟的兔子每月能生一對小兔(一雌一雄)，小兔一個月后長為成熟的兔子，假定兔子不會死亡，那么由一對剛出生的小兔開始，n個月后會有多少對兔子？請用遞歸函數(shù)編程求解。

分析：

問題的自相似分解：第n個月后兔子數(shù)怎么得到呢？顯然，應(yīng)該等于第n?-?1個月的兔子數(shù)再加上第n個月新生的兔子數(shù)，而第n個月新生的兔子數(shù)應(yīng)該等于第n?-?2個月的兔子數(shù)，即f(n)?=?f(n?-?1)?+?f(n?-?2)。

終止條件：顯然，第一個月后兔子數(shù)為1對，第二個月后兔子數(shù)為2對。因此得到公式：根據(jù)公式不難得到如下遞歸函數(shù)：

longf(intn)

{

longresult;

if(n==1)

result=1; /*存在已知解的情況*/

elseif(n==2)

result=2; /*存在已知解的情況*/

else

result=f(n-1)+f(n-2); /*問題的自相似分解*/

returnresult;

}

【例6.16】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。要把這64個圓盤從A針移到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。

分析：

設(shè)A上有n個盤子。

(1)如果n=1，則將圓盤從A直接移動到C。

(2)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1個圓盤移到C上；

③將B上的n?-?1(等于1)個圓盤移到C上。

(3)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(借助于C)，步驟如下：

a.將A上的n'?-?1(等于1)個圓盤移到C上。

b.將A上的1個圓盤移到B。

c.將C上的n'?-?1(等于1)個圓盤移到B。

②將A上的1個圓盤移到C。

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

a.將B上的n'?-?1(等于1)個圓盤移到A。

b.將B上的1個圓盤移到C。

c.將A上的n'?-?1(等于1)個圓盤移到C。至此，完成了3個圓盤的移動過程。

從上面的分析可以看出，當(dāng)n大于等于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1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類同的。當(dāng)n=3時，第一步和第三步又分解為類同的三步，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，據(jù)此算法可編程如下：

move(intn，intx，inty，intz)

{

if(n==1)

printf(“%c-->%c\n”，x，z);

/*存在已知解的情況*/

else

{

/*問題的自相似分解*/

move(n-1，x，z，y);

printf(“%c-->%c\n”，x，z);

move(n-1，y，x，z);

}

}

main()

{

inth;

printf(“\ninputnumber:\n”);

scanf(“%d”，&h);

printf(“thesteptomoving%2ddiskes:\n”，h);

move(h，'a'，'b'，'c');

}從程序中可以看出，move函數(shù)是一個遞歸函數(shù)，它有四個形參n、x、y、z。n表示圓盤數(shù)，x、y、z分別表示三根針。move函數(shù)的功能是把x上的n個圓盤移動到z上。當(dāng)n==1時，直接把x上的圓盤移至z上，輸出x→z。如n!=1，則分為三步：遞歸調(diào)用move函數(shù)，把n-1個圓盤從x移到y(tǒng)；輸出x→z；遞歸調(diào)用move函數(shù)，把n?-?1個圓盤從y移到z。在遞歸調(diào)用過程中，n=n-1，故n的值逐次遞減，最后n=1時，終止遞歸，逐層返回。當(dāng)n=4時程序運行結(jié)果如下：

inputnumber:

4

thesteptomoving4diskes:

a→b

a→c

b→c

a→b

c→a

c→b

a→b

a→c

b→c

b→a

c→a

b→c

a→b

a→c

b→c 6.4函數(shù)分解

在程序設(shè)計中使用函數(shù)可以為我們帶來諸多好處，不僅能夠避免重復(fù)代碼，使程序結(jié)構(gòu)清晰，提高程序可讀性及可維護性，還能更有效地累積常用代碼，提高代碼復(fù)用性及編程效率。

那么，是不是一個程序中包含的函數(shù)越多越好呢？解決具體問題時，什么情況下需要編寫函數(shù)，怎么完成函數(shù)設(shè)計，怎么調(diào)用呢？本節(jié)我們將通過實例來對函數(shù)設(shè)計方法進行深入探討。處理復(fù)雜問題的基本方法就是設(shè)法將其分解為一些相對簡單的子問題，分別處理這些子問題，然后用各子問題的解去構(gòu)造整個問題的解。其分解的實質(zhì)即為功能分解，對C語言而言主要是函數(shù)分解。也就是說，應(yīng)該把程序?qū)懗梢唤M函數(shù)，通過其互相調(diào)用來完成所需工作。

什么樣的程序片段應(yīng)該定義為函數(shù)呢？沒有萬能的準則，需要程序設(shè)計人員認真分析需求，總結(jié)經(jīng)驗。這里給出兩條建議，供讀者參考：

(1)程序中重復(fù)出現(xiàn)的相同或相似的片段。將這樣的代碼段提取出來定義成函數(shù)不但可以縮短程序的代碼長度，還可同時提高程序的可讀性及可維護性。

(2)程序中具有邏輯獨立性的片段。即使這種片段只出現(xiàn)一次，也可將其定義為獨立的函數(shù)，這樣做可以分解程序的復(fù)雜性，方便程序設(shè)計人員理清設(shè)計思路。

“分解”可以說是程序設(shè)計的精髓，一個程序可能有多種可行的分解方案，很難說哪種分解是程序的最佳分解，但可以肯定的是無論多么復(fù)雜的問題，經(jīng)過一系列合理的分解后最終的各個子問題都是容易求解并用程序?qū)崿F(xiàn)的。函數(shù)就是對應(yīng)于這些子問題的程序解。在函數(shù)的使用者和函數(shù)的設(shè)計者眼中同一個函數(shù)有著完全不同的兩個方面：函數(shù)的使用者只關(guān)心函數(shù)的使用問題，即函數(shù)實現(xiàn)什么功能，應(yīng)該在什么時候調(diào)用及怎樣書寫函數(shù)調(diào)用，對函數(shù)的返回值如何處理等；函數(shù)的設(shè)計者只關(guān)心函數(shù)的實現(xiàn)問題，即采用什么算法，采用什么語句實現(xiàn)，怎樣得到計算結(jié)果等。

函數(shù)的封裝性把函數(shù)的內(nèi)部和外部完全分開，而只通過函數(shù)頭完成內(nèi)部與外部的數(shù)據(jù)通信。實際上函數(shù)頭定義了函數(shù)內(nèi)部和外部都需要遵守的共同規(guī)范。這恰恰為我們設(shè)計大規(guī)模程序提供了方便，即設(shè)計初期我們可以站在函數(shù)使用者的角度，忽略函數(shù)的內(nèi)部細節(jié)，而只考慮函數(shù)的功能及接口設(shè)計，到了設(shè)計后期則站在函數(shù)設(shè)計者的角度具體實現(xiàn)各個函數(shù)，逐個調(diào)試，最后再利用函數(shù)調(diào)用將各個函數(shù)按照一定的邏輯組合進行調(diào)試并得到最終結(jié)果。

由此，函數(shù)分解被引入到程序設(shè)計的步驟中，而且其重要性日益突顯，成為程序設(shè)計人員的首要工作。面對具體問題時，首先必須在問題分析的基礎(chǔ)上完成有效的函數(shù)分解，設(shè)計好各函數(shù)接口(函數(shù)頭)，即規(guī)定好公共規(guī)范。此后，就可以逐個完成函數(shù)設(shè)計工作了，當(dāng)然也可以分工合作完成，可以讓不同的人完成不同函數(shù)的設(shè)計工作，只要他們都能遵循共同規(guī)范并對函數(shù)的功能有共同理解即可。圖6-4簡要體現(xiàn)了函數(shù)分解在整個程序設(shè)計過程中的位置。圖6-4程序設(shè)計過程示意圖

【例6.17】

用弦截法求方程f(x)=x3-5x2+16x-80=0的根。要求：給出分解方案并闡明分析過程。

弦截法求方程根的基本思想是：設(shè)被求根的函數(shù)是f(x)，而且給定了一個區(qū)間?[x1，x2]。給定區(qū)間的兩端點x1和x2，我們可以作一條弦使之通過函數(shù)圖形上的兩個端點(x1，f(x1))和(x2，f(x2))，如圖6-5所示。如果值f(x1)和f(x2)異號，上述弦必定與x軸有一個交點。交點的x坐標(biāo)可用下列公式求出：圖6-5弦截法求方程根示意圖首先考慮定義幾個函數(shù)：

(1)f(x)的計算是獨立的邏輯實體，并且在整個求解過程中很多地方都要計算f(x)的值；

(2)求弦與x軸的交點可看做獨立的邏輯實體，但考慮程序的執(zhí)行效率問題，也可不將它抽取出來設(shè)計成函數(shù)；

(3)弦截法求根的過程也可定義為一個函數(shù)，這樣該函數(shù)就可用在任何程序中，只要提供了具體的需要求根的函數(shù)f(x)和求根區(qū)間就可得到所需結(jié)果；

(4)主函數(shù)完成輸入、函數(shù)調(diào)用及輸出等功能。

綜合上述考慮，我們應(yīng)該定義3個函數(shù)：主函數(shù)、f(x)函數(shù)及弦截法求根函數(shù)。設(shè)計f(x)函數(shù)可以避免程序中重復(fù)出現(xiàn)的相同代碼；設(shè)計求根函數(shù)不僅可以使程序結(jié)構(gòu)清晰，而且還可以為日后的程序設(shè)計增加儲備代碼，提高代碼復(fù)用性。程序如下：

#include“math.h”

main()

{

floatx1，x2，f1，f2，x;

floatf(floatx);

floatroot(floatx1，floatx2，floaty1，floaty2); /*函數(shù)聲明*/

do{

printf(“inputx1，x2:”);

scanf(“%f，%f”，&x1，&x2);

f1=f(x1);f2=f(x2);

}while(f1*f2>=0);

/*找到使f(x1)、f(x2)異號的兩點*/

x=root(x1，x2，f1，f2);

/*調(diào)用root函數(shù)求方程根*/

printf("rootis%8.4f\n"，x);

}

float

root(floatx1，floatx2，floaty1，floaty2)

/*函數(shù)定義：弦截法求方程根*/

{

floatx，y;

floatf(floatx); /*函數(shù)聲明*/

do{

x=(x1*y2-x2*y1)/(y2-y1); /*求弦與x軸的交點*/

y=f(x); /*root函數(shù)中調(diào)用函數(shù)f*/

if(y*y1>0){y1=y;x1=x;}

else{y2=y;x2=x;} /*用x替代x1或x2，保證f(x1)和f(x2)異號*/

}while(fabs(y)>=0.000001);

return(x);

}

floatf(floatx) /*函數(shù)定義：求f*/

{

floaty;

y=x*(x*(x-5.0)+16.0)-80.0;

return(y);

}

6.5變量的存儲類別與作用域

變量的作用域是指變量的有效使用范圍，這個范圍指的是源程序里的一段代碼范圍，可在源程序中明確指出，它是一個靜態(tài)概念。作用域的邊界有三種：程序塊、函數(shù)、文件。C語言中的變量，按作用域范圍可分為局部變量和全局變量。局部變量是指在函數(shù)內(nèi)部定義的變量，它僅在函數(shù)內(nèi)部有效。全局變量是指在函數(shù)外部定義的變量，它不屬于哪一個函數(shù)，而屬于一個源程序文件。

變量的生存期是指變量占用的內(nèi)存空間從分配到釋放的這段時間，它是一個動態(tài)概念。C語言中的變量按生存期的不同，可以分為靜態(tài)存儲變量和動態(tài)存儲變量。變量根據(jù)其作用域和生命周期不同而分為不同的存儲類別。C語言為我們提供了四種存儲類別說明符：auto、static、extern、register。

在C語言中，每個變量都有兩個屬性：變量類型和變量的存儲類別。變量類型決定了系統(tǒng)為變量分配的內(nèi)存單元的長度、數(shù)據(jù)的存放形式等，而變量的存儲類別決定了何時及在內(nèi)存的什么位置為變量分配存儲空間，何時釋放已分配的存儲空間。變量說明的一般形式為

[存儲類別說明符]類型說明符變量名列表；

其中，存儲類別說明符可缺省，缺省時默認為auto類型。存儲類別說明符出現(xiàn)在類型說明符的左側(cè)或者右側(cè)均合法。例如，“intautoi；”和“autointi；”兩條語句是等價的。用戶存儲空間可以分為三個部分：程序代碼區(qū)、靜態(tài)存儲區(qū)和動態(tài)存儲區(qū)，如圖6-6所示。

全局變量全部存放在靜態(tài)存儲區(qū)，在程序開始執(zhí)行時給全局變量分配存儲區(qū)，程序執(zhí)行完畢就釋放。在程序執(zhí)行過程中它們占據(jù)固定的存儲單元，而不動態(tài)地進行分配和釋放。

動態(tài)存儲區(qū)存放以下數(shù)據(jù)：

(1)函數(shù)的形式參數(shù)；

(2)自動變量(未加static聲明的局部變量)；

(3)函數(shù)調(diào)用時的現(xiàn)場保護和返回地址。

對以上這些數(shù)據(jù)，在函數(shù)開始調(diào)用時分配動態(tài)存儲空間，函數(shù)結(jié)束時釋放這些空間。圖6-6用戶存儲空間劃分示意圖6.5.1自動變量(auto)

函數(shù)中的局部變量如不專門聲明為static存儲類別，則動態(tài)地分配存儲空間，數(shù)據(jù)存儲在動態(tài)存儲區(qū)中。函數(shù)中的形參和在函數(shù)中定義的變量(包括在復(fù)合語句中定義的變量)都屬此類。在調(diào)用該函數(shù)時系統(tǒng)會給它們分配存儲空間，在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時就自動釋放這些存儲空間，這類局部變量稱為自動變量。

自動變量實質(zhì)上是一個函數(shù)內(nèi)部的局部變量，只有在函數(shù)被調(diào)用時才存在，從函數(shù)中返回時即消失，其作用域僅限于說明它的函數(shù)，在其他函數(shù)中不能存取。由于自動變量具有局部性，所以在兩個不同的函數(shù)中可以分別使用同名的變量而互不影響。

自動變量用關(guān)鍵字auto作存儲類別的聲明，關(guān)鍵字auto可以省略，auto不寫則隱含定義為“自動存儲類別”，屬于動態(tài)存儲方式。

【例6.18】用auto聲明自動變量。

intf(inta) /*定義f函數(shù)，a為參數(shù)*/

{

autointb，c=3; /*定義b，c自動變量*/

…

}

a是形參，b、c是自動變量，對c賦初值3。執(zhí)行完f函數(shù)后，自動釋放a、b、c所占的存儲單元。6.5.2外部變量(extern)

外部變量(即全局變量)是在函數(shù)的外部定義的，它的作用域為從變量定義處開始，到本程序文件的末尾。

如果外部變量不在文件的開頭定義，則其有效的作用范圍只限于定義處到文件結(jié)束。如果在定義點之前的函數(shù)想引用該外部變量，則應(yīng)該在引用之前用關(guān)鍵字extern對該變量作“外部變量聲明”，表示該變量是一個已經(jīng)定義的外部變量。有了此聲明，就可以從“聲明”處起，合法地使用該外部變量。因此，在不同函數(shù)之間也可以用外部變量傳遞數(shù)據(jù)。

【例6.19】用extern聲明外部變量，擴展程序文件中的作用域。

程序如下：

intmax(intx，inty)

{

intz;

z=x>y?x:y;

return(z);

}

main()

{

externA，B; /*聲明外部變量A和B，省略類型說明符時默認為int類型*/

printf("%d\n"，max(A，B));

}

intA=13，B=-8; /*定義A和B全局變量*/外部變量與自動變量的區(qū)別如下：

(1)外部變量在編譯時由系統(tǒng)分配永久性的存儲空間；自動變量則是在函數(shù)被調(diào)用時才分配臨時性的存儲空間。

(2)外部變量如果沒有明確賦初值，則初值為0；自動變量如果沒有明確賦初值，則其值不定，是隨機數(shù)。對于大系統(tǒng)而言，可將一個程序分割為多個文件，通過工程文件，將整個系統(tǒng)連為一個整體。此時，外部變量的說明與使用它的函數(shù)就不一定在同一個文件中了。如果外部變量的說明與使用在同一個文件中，則該文件中的函數(shù)在使用外部變量時，不需要再進行說明，可直接使用。當(dāng)外部變量的說明與使用在不同的文件時，要使用在其他文件中說明的外部變量，就必須在使用該外部變量之前，使用“extern”存儲類型說明符對變量進行“外部”說明。注意

extern僅僅說明變量是“外部的”，以及它的類型，并不真正分配存儲空間。在將若干個文件連接生成一個完整的可運行程序時，系統(tǒng)會將不同文件中使用的同一外部變量連在一起，使用同一個系統(tǒng)分配的存儲單元。

另外，對于函數(shù)也是如此，如果被調(diào)用的函數(shù)在另一個文件中，則在調(diào)用該函數(shù)時，無論被調(diào)用的函數(shù)是什么類型，都必須用extern說明符說明被調(diào)用函數(shù)是“外部函數(shù)”。6.5.3靜態(tài)變量(static)

靜態(tài)變量的說明是在變量說明前加static。靜態(tài)變量又分為外部靜態(tài)變量和內(nèi)部靜態(tài)變量。

有時我們希望函數(shù)中局部變量的值在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不消失而保留原值，這時就應(yīng)該指定局部變量為“內(nèi)部靜態(tài)變量”。內(nèi)部靜態(tài)變量的作用域與局部變量一樣，僅限在定義它的函數(shù)內(nèi)部有效。

【例6.20】

考察內(nèi)部靜態(tài)變量的值。

程序如下：

f(inta)

{

autob=0; /*聲明自動變量b，省略類型說明符時默認為int類型*/

staticc=3; /*聲明內(nèi)部靜態(tài)變量c，省略類型說明符時默認為int類型*/

b=b+1;

c=c+1;

return(a+b+c);

}

main()

{

inta=2，i;

for(i=0;i<3;i++)

printf("%d"，f(a));

}執(zhí)行上述程序時：第一次調(diào)用函數(shù)f后b=1，c=4，輸出7；第二次調(diào)用f后b=1，c=5，輸出8；第三次調(diào)用f后b=1，c=6，輸出9。由此可見，內(nèi)部靜態(tài)變量的值在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不消失而保留原值。

對內(nèi)部靜態(tài)變量的幾點說明：

(1)內(nèi)部靜態(tài)變量屬于靜態(tài)存儲類別，在靜態(tài)存儲區(qū)內(nèi)分配存儲單元，在程序整個運行期間都不釋放；自動變量(即動態(tài)局部變量)屬于動態(tài)存儲類別，占動態(tài)存儲空間，函數(shù)調(diào)用結(jié)束后即釋放。

(2)內(nèi)部靜態(tài)變量在編譯時賦初值，即只賦初值一次；對自動變量賦初值是在函數(shù)調(diào)用時進行，每調(diào)用一次函數(shù)重新賦一次初值，相當(dāng)于執(zhí)行一次賦值語句。

(3)對內(nèi)部靜態(tài)變量來說，如果在定義局部變量時不賦初值，編譯時自動賦初值0(對數(shù)值型變量)或空字符(對字符變量)；對自動變量來說，如果不賦初值，則它的值是一個不確定的值。

【例6.21】考察外部靜態(tài)變量的值。

程序如下：

/*文件一*/

staticintx=2; /*說明外部靜態(tài)變量x*/

inty=3; /*說明外部變量y*/

externvoidadd2(); /*說明外部函數(shù)add2*/

voidadd1();

main()

{

add1();

add2();

add1();

add2();

printf("x=%d;y=%d\n"，x，y);

}

voidadd1(void) /*定義函數(shù)add1*/

{

x+=2;y+=3;printf(“inadd1x=%d\n”，x);

}

/*文件二*/

staticintx=10; /*說明外部靜態(tài)變量x*/

voidadd2(void) /*定義函數(shù)add2*/

{

externinty;

/*說明另一個文件中的外部變量y*/

x+=10;y+=2;

printf("inadd2x=%d\n"，x);

}對外部靜態(tài)變量的說明：

(1)靜態(tài)變量與外部變量的相同點：具有永久的存儲空間，由編譯器進行初始化。

(2)外部靜態(tài)變量與外部變量的區(qū)別：外部靜態(tài)變量僅僅在定義它的一個文件中有效，而外部變量作用于整個程序。

(3)內(nèi)部靜態(tài)變量與外部靜態(tài)變量的區(qū)別：內(nèi)部靜態(tài)變量作用于定義它的當(dāng)前函數(shù)，外部靜態(tài)變量可以作用于程序中的所有函數(shù)。

(4)內(nèi)部靜態(tài)變量與自動變量的區(qū)別：內(nèi)部靜態(tài)變量占用永久性的存儲單元，在每次調(diào)用的過程中能夠保持數(shù)據(jù)的連續(xù)性，而自動變量不能。6.5.4寄存器變量(register)

為了提高效率，C語言允許將局部變量的值放在CPU中的寄存器中，這種變量叫寄存器變量，用關(guān)鍵字register作聲明。

計算機從寄存器中存取數(shù)據(jù)的速度要遠遠快于從內(nèi)存中存取數(shù)據(jù)，所以當(dāng)變量使用非常頻繁時，將變量定義為寄存器變量可以提高程序運行速度。由于一個計算機系統(tǒng)中的寄存器數(shù)目有限，因此不能定義任意多個寄存器變量。寄存器是與機器硬件密切相關(guān)的。不同的計算機，寄存器的數(shù)目不一樣，通常為2到3個。若在一個函數(shù)中說明多于2到3個寄存器變量，編譯程序會自動地將它們變?yōu)樽詣幼兞俊?/p>

【例6.22】使用寄存器變量。

程序如下：

intfac(intn)

{

registerinti，f=1; /*聲明寄存器變量i，f*/

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

f=f*i

return(f);

}

main()

{

inti;

for(i=0;i<=5;i++)

printf(“%d!=%d\n”，i，fac(i));

}

注意

(1)寄存器說明符只能用于說明函數(shù)中的變量和函數(shù)中的形式參數(shù)，外部變量或靜態(tài)變量不能是register。

(2)由于受硬件寄存器長度的限制，所以寄存器變量只能是char、int或指針型。

(3)寄存器變量的作用域僅限在定義它的函數(shù)內(nèi)部。

6.6程序結(jié)構(gòu)

6.6.1單文件程序結(jié)構(gòu)

迄今為止，已經(jīng)知道程序可以包含：

(1)預(yù)處理指令，如：#include、#define；

(2)類型定義；

(3)外部變量聲明；

(4)函數(shù)聲明；

(5)函數(shù)定義。

C語言對上述這些項的順序要求極少：執(zhí)行到預(yù)處理指令所在的代碼行時，預(yù)處理指令才會起作用；類型名定義后才可以使用；變量聲明后才可以使用。雖然C語言對函數(shù)沒有什么要求，但是建議在第一次調(diào)用函數(shù)前要對每個函數(shù)進行定義或聲明。

為了遵守這些規(guī)則，一般按照如下的編排順序組織程序：

(1)#include指令；

(2)#define指令；

(3)類型定義；

(4)外部變量的聲明；

(5)除main函數(shù)之外的函數(shù)的原型；

(6)main函數(shù)的定義；

(7)其他函數(shù)的定義。因為?#include指令帶來的信息可能在程序中的好幾個地方都需要，所以先放置這條指令是合理的。#define指令創(chuàng)建宏，對這些宏的使用通常遍布整個程序。類型定義放置在外部變量聲明的前面是合乎邏輯的，因為這些外部變量的聲明可能會引用剛剛定義的類型名。接下來，聲明外部變量使得它們對于跟隨在其后的所有函數(shù)都是可用的。在編譯器編譯原型之前調(diào)用函數(shù)，可能會產(chǎn)生問題，而此時聲明除了main函數(shù)以外的所有函數(shù)可以避免這些問題。這種方法也使得無論用什么順序編排函數(shù)定義都是可能的。例如，根據(jù)函數(shù)名的字母順序編排，或者把相關(guān)函數(shù)組合在一起進行編排。在其他函數(shù)前定義main函數(shù)可使得閱讀程序的人容易定位程序的起始點。

因此，在每個函數(shù)定義前可使用注釋給出函數(shù)名，描述函數(shù)的目的，討論每個形式參數(shù)的含義，描述返回值并羅列所有的副作用(如修改外部變量的值)。6.6.2多文件程序結(jié)構(gòu)

雖然我們前面提到的程序都是放在一個單獨的文件里，但在實際問題中大多數(shù)程序都是由若干個源文件和若干個頭文件構(gòu)成的。源文件包含函數(shù)的定義和外部變量。一個源文件必須包含一個main函數(shù)，其擴展名為?.c；頭文件包含可以在源文件之間共享的信息，其擴展名為.h。多文件程序的編譯過程可用圖6-7表示。圖6-7多文件程序結(jié)構(gòu)圖6-7中，源文件中含有包含頭文件的預(yù)編譯語句，經(jīng)過預(yù)編譯后，產(chǎn)生翻譯單元，該翻譯單元以臨時文件的形式存放在計算機中。之后在編譯過程中進行語法檢查，產(chǎn)生目標(biāo)文件(.obj)。最后將若干個目標(biāo)文件及C標(biāo)準庫函數(shù)連接，產(chǎn)生可執(zhí)行文件(.exe)。

小程序可以由單個源文件建立，而大規(guī)模程序則傾向于分成多個源文件。把程序分成多個源文件的優(yōu)點如下：

(1)可以單獨對每一個源文件進行編譯，避免一而再、再而三地重復(fù)編譯沒有修改的函數(shù)。編譯器總是以文件為單位工作的，如果一個文件中包含的函數(shù)太多，則由于被修改的函數(shù)總是少數(shù)的幾個，大多數(shù)正確的函數(shù)都得重新編譯一次。

(2)把相關(guān)的函數(shù)和變量放到同一個特定的源文件中有助于使程序結(jié)構(gòu)清晰明了，更使程序容易管理，可以將程序按邏輯功能劃分，分解成各個源文件，便于程序員的任務(wù)安排以及程序調(diào)試。

(3)把函數(shù)集合在單獨的源文件中便于在其他程序中重新使用這些函數(shù)。

把程序分割為幾個源文件后，隨之也產(chǎn)生了一些問題：如何調(diào)用在其他文件中定義的函數(shù)？如何訪問其他文件中定義的外部變量？兩個文件如何共享同一個宏定義或類型定義？這時就要用到?#include命令，該命令使得在任意數(shù)量的源文件中共享信息成為可能。

#include命令告訴預(yù)處理器打開指定的文件，并且把此文件的內(nèi)容插入到當(dāng)前文件中。因此，可以將需要在幾個源文件中共享的程序代碼放入一個文件(頭文件)中，需要使用這些代碼時再用#include命令將其插入不同的源文件。頭文件一般可以包含：

(1)類型聲明，如“enumCOLOR{//…}”。

(2)函數(shù)聲明，如“externintfn(chars);”。

(3)內(nèi)聯(lián)函數(shù)定義，如“inlinecharfn(charp){return*p++;}”。

(4)常量定義，如“constfloatpi＝3.14;”。

(5)數(shù)據(jù)聲明，如“externintm；externinta[];”。

(6)枚舉，如“enumB00LEAN{false，true};”。

(7)包含指令(可嵌套)，如“#include<iostream.H>”。

(8)宏定義，如“#defineCasebreak;case”。

(9)注釋，如“/*checkforendoffile*/”。但頭文件不宜包含：

(1)一般函數(shù)定義，如“charfn(charp){return*p++;}”。

(2)數(shù)據(jù)定義，如“inta;intb[5];”。

(3)常量聚集定義，如“constintc[]={1，2，3};”。當(dāng)我們已經(jīng)設(shè)計好各個函數(shù)，并將各個函數(shù)按照一定的規(guī)則進行了分組時，就可以考慮構(gòu)建多文件程序了。首先，將每組函數(shù)集合放入單獨的源文件(比如list.c)中，創(chuàng)建和源文件同名的頭文件(list.h)并在其中放置源文件中各個函數(shù)的原型。然后，在每個需要調(diào)用list.c中所定義的函數(shù)的源文件中包含頭文件list.h，注意list.c中也應(yīng)包含list.h。最后，main函數(shù)應(yīng)出現(xiàn)在與程序名字相同的源文件中。如程序名為search，則main函數(shù)就應(yīng)在search.c文件中。

6.7庫函數(shù)

6.7.1靜態(tài)鏈接庫

事實上，在前面的許多例子中，我們已經(jīng)大量調(diào)用了C語言編譯系統(tǒng)提供的庫函數(shù)，如輸入/輸出庫函數(shù)(printf、scanf)和數(shù)學(xué)庫函數(shù)(sqrt、abs)等。當(dāng)需要在某源程序文件中使用某庫函數(shù)時，必須在該源程序文件首部用#include命令包含該庫函數(shù)所在的頭文件(可以用文本編譯器打開)。例如，要使用printf函數(shù)，就必須增加#include"stdio.h"命令。在stdio.h文件中包括了系統(tǒng)提供的用于標(biāo)準輸入/輸出的全部函數(shù)的說明、這些函數(shù)中用到的符號常量、自定義的數(shù)據(jù)類型等。源程序編譯時，編譯器可以根據(jù)此文件對調(diào)用處函數(shù)的類型、實參的類型及個數(shù)等與庫函數(shù)的定義作一致性檢查。當(dāng)鏈接時，鏈接器可以根據(jù)調(diào)用的函數(shù)名找到相應(yīng)的庫文件，并把它和用戶編寫的程序鏈接到一起，形成一個完整的可執(zhí)行程序。自己編寫好的一個實用程序，也可以用庫函數(shù)的方式提供給其他用戶調(diào)用。一般做法是：首先把自己寫的函數(shù)(假設(shè)存放在libTest.cpp文件中)調(diào)試通過，然后使用庫文件生成器把自己寫的函數(shù)變成庫函數(shù)形式，如libTest.lib，最后編輯一個庫函數(shù)的說明文件即頭文件，如lib.h，把libTest.lib和lib.h一起提供給用戶即可。若用戶欲調(diào)用你寫的庫函數(shù)，則必須把這兩個文件復(fù)制到系統(tǒng)中，使其工作目錄中包含lib.h，而且在源文件中必須用預(yù)處理命令?#include"lib.h"，鏈接時還必須鏈接libTest.lib庫文件。我們通過以下實例說明建立和調(diào)用靜態(tài)庫的過程。

【例6.23】用靜態(tài)鏈接庫實現(xiàn)一個add函數(shù)，并在程序中調(diào)用該靜態(tài)庫。

在VC++?6.0中新建一個名稱為libTest的Staticlibrary工程，如圖6-8所示。圖6-8建立一個靜態(tài)鏈接庫新建lib.h和lib.cpp兩個文件。lib.h和lib.cpp的源代碼如下：編譯這個工程就得到了一個libTest.lib文件，這個文件就是一個函數(shù)庫，它提供了add的功能。將頭文件lib.h和libTest.lib文件提交給用戶后，用戶就可以直接使用其中的add函數(shù)了。常用的標(biāo)準C庫函數(shù)(scanf、printf、abs、sqrt等)就來自這種靜態(tài)庫。

下面來看看怎么使用這個庫。在VC中新建一個名為libCall的Win32ConsoleApplication工程，并將上面生成的頭文件lib.h和libTest.lib文件拷貝到libCall的工程子目錄下。libCall工程僅包含一個main.cpp文件，它演示了靜態(tài)鏈接庫的調(diào)用方法，其源代碼如下：代碼中?#pragmacomment(lib，"libTest.lib")的意思是本文件生成的?.obj文件應(yīng)與libTest.lib一起鏈接。

如果不用?#pragmacomment指定，則可以直接在VC++?中設(shè)置，即依次選擇Tools→Options→Sirectories→Libraryfiles菜單或選項，填入庫文件路徑，如圖6-9所示。圖6-9中加圈的部分為我們添加的libTest.lib文件的路徑。圖6-9在VC中設(shè)置庫文件路徑6.7.2動態(tài)鏈接庫

動態(tài)鏈接是相對于靜態(tài)鏈接而言的。所謂靜態(tài)鏈接，是指把要調(diào)用的函數(shù)或者過程鏈接到可執(zhí)行文件中，成為可執(zhí)行文件的一部分。換句話說，函數(shù)和過程的代碼就在程序的exe文件中，該文件包含了運行時所需的全部代碼。當(dāng)多個程序都調(diào)用相同函數(shù)時，內(nèi)存中就會存在這個函數(shù)的多個拷貝，這樣就浪費了寶貴的內(nèi)存資源。動態(tài)鏈接所調(diào)用的函數(shù)代碼并沒有被拷貝到應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件中，而是僅僅在其中加入了所調(diào)用函數(shù)的描述信息(往往是一些重定位信息)，僅當(dāng)應(yīng)用程序被裝入內(nèi)存開始運行時，在Windows的管理下，才在應(yīng)用程序與相應(yīng)的dll之間建立鏈接關(guān)系。當(dāng)要執(zhí)行所調(diào)用dll中的函數(shù)時，根據(jù)鏈接產(chǎn)生的重定位信息，Windows才轉(zhuǎn)去執(zhí)行dll中相應(yīng)的函數(shù)代碼。一般情況下，如果一個應(yīng)用程序使用了動態(tài)鏈接庫，Win32系統(tǒng)保證內(nèi)存中只有dll的一份復(fù)制品。采用動態(tài)鏈接庫的優(yōu)點：①更加節(jié)省內(nèi)存；②dll文件與exe文件獨立，只要輸出接口不變，更換dll文件不會對exe文件造成任何影響，因而極大地提高了可維護性和可擴展性。動態(tài)鏈接庫有兩種鏈接方法：

(1)裝載時動態(tài)鏈接(Load-timeDynamicLinking)：即靜態(tài)調(diào)用方式。這種方法的前提是在編譯之前已經(jīng)明確知道要調(diào)用dll中的哪幾個函數(shù)，編譯時在目標(biāo)文件中只保留必要的鏈接信息，而不含dll函數(shù)的代碼。當(dāng)程序執(zhí)行時，利用鏈接信息加載dll函數(shù)代碼并在內(nèi)存中將其鏈接入調(diào)用程序的執(zhí)行空間中，其主要目的是便于代碼共享。

(2)運行時動態(tài)鏈接(Run-timeDynamicLinking)：即動態(tài)調(diào)用方式。這種方法是指在編譯之前并不知道將會調(diào)用哪些dll函數(shù)，完全是在運行過程中根據(jù)需要決定應(yīng)調(diào)用哪個函數(shù)，并用LoadLibrary和GetProcAddress動態(tài)獲得dll函數(shù)的入口地址。

我們通過下面的實例來學(xué)習(xí)如何創(chuàng)建和使用動態(tài)鏈接庫。

【例6.24】制作一個簡單的dll，用動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)一個add函數(shù)。

如圖6-10所示，在VC中新建一個Win32Dynamic-LinkLibrary工程dllTest。注意不要選擇MFCAppWizard[dll]，因為這兩種方式創(chuàng)建出來的動態(tài)庫格式不一樣。圖6-10建立一個動態(tài)鏈接庫在建立的工程中添加lib.h及l(fā)ib.cpp文件，源代碼如下：最后點擊Build按鈕(或菜單項Build→BuilddllTest.dll)。創(chuàng)建成功之后在工程所在子目錄的Debug子目錄下就可以找到dllTest.dll文件。另外，我們還可以看到一個dllTest.lib文件，