13- 函数的定义与使用+形参实参区分

一、函数的定义与使用

在 C 语言编程中，函数是代码的基本模块。它们允许将复杂的程序分解成更小、更易管理和重用的部分。函数定义提供了函数的具体实现，而函数调用用于执行该函数。

1.1 函数的结构

一个函数的基本结构包括：函数头和函数体。

1. 函数头

函数头： 函数对外公开的接口信息。 比如：void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

• 返回值类型：函数返回给调用者的数据类型。如果函数不返回值，则使用 void。
• 函数名：遵循变量命名规则，应具有描述性，使人容易理解函数的作用。
• 参数列表：括号内列出函数需要的输入参数。每个参数需要指定类型和名称，多个参数之间用逗号分隔。如果函数不需要参数，可以省略参数列表，写成 ()。

2. 函数体

• 函数体：用大括号 {} 括起来的代码块，包含函数的具体实现。
• 返回语句：使用 return 语句返回值给调用者。对于 void 类型的函数可以省略 return 语句，或写作 return;。

1.2 示例代码

以下是一个简单的函数示例，包括定义和调用：

例子 1：无参数和无返回值的函数

#include <stdio.h>

// 函数定义
void greet() {
    printf("Hello, World!\n");
}

int main() {
    // 函数调用
    greet();
    return 0;
}

例子 2：带参数和返回值的函数

#include <stdio.h>

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

int main() {
    int result = add(5, 3); // 函数调用
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}

1.3 函数的基本语法

返回值类型 函数名 (参数1类型 参数1名, 参数2类型 参数2名, ...) {
    // 函数体
    return 返回值; // 对于非 void 类型的函数
}

1.4 函数的使用示例

例子 3：计算两个数的乘积

#include <stdio.h>

// 函数定义
int multiply(int x, int y) {
    return x * y;
}

int main() {
    int num1 = 4;
    int num2 = 5;
    int product = multiply(num1, num2); // 函数调用
    printf("Product: %d\n", product);
    return 0;
}

1.5 低耦合，高内聚

• 低耦合：函数应该尽量独立，减少与其他函数或模块的依赖。这样修改一个函数时，不会影响其他函数。
• 高内聚：函数应尽量专注于完成一个单一的任务。这使得函数更容易理解、测试和维护。

二、形参与实参

在C语言中，函数调用是通过实参（实际参数）和形参（形式参数）之间的传递来实现的。

2.1 概念

• 实参：函数调用时传递给函数的值或表达式。例如，max(123.034, 'C', "87"); 中的 123.034, 'C', 和 "87" 是实参。
• 形参：函数定义时在参数列表中出现的变量。例如，max(float a, char b, char *c) 中的 a, b, 和 c 是形参。

2.2 实参与形参的关系

1. 对应关系：实参和形参在数量、顺序和类型上必须一一对应。
2. 初始化：调用函数时，形参被实参的值初始化。例如，当调用 max(123.034, 'C', "87") 时，a 被初始化为 123.034，b 被初始化为 'C'，c 被初始化为 "87"。
3. 独立的内存空间:形参和实参处于两个完全独立的栈空间中，它们是独立的。修改形参的值不会影响实参的值，除非传递的是指针。

2.3 函数调用的过程

当函数被调用时，进程会进行==上下文切换=。函数执行完毕后，控制权返回给调用该函数的位置，继续执行后续代码。

2.4 局部变量与栈内存

• 局部变量：在函数体内定义的变量，只在该函数内有效。形参虽然定义在函数参数列表中，但也属于局部变量。
• 栈内存：用于存储局部变量。每次函数调用时，系统为该函数分配一段栈内存。函数返回后，系统回收这段内存。

2.4.1 局部变量的特点

1. 局部变量存储在函数的=栈空间中，作用域限于函数内部==。
2. 不同函数的局部变量可以同名，因为它们在内存中是独立的。
3. 函数退出时，局部变量占用的内存被系统回收，因此局部变量也称为临时变量。

2.4.2 栈内存的特点

1. 分配与释放：函数调用时，系统分配栈内存；函数返回时，系统回收栈内存。
2. 增长方向：栈内存从高地址向低地址增长。
3. 内存限制：栈空间相对较少，不建议存储大量数据。

2.5 示例代码

以下是一个简单的函数示例，演示实参和形参的关系，以及局部变量在栈内存中的使用。

#include <stdio.h>

// 函数定义
void swap(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    printf("Inside swap function: a = %d, b = %d\n", a, b);
}

int main() {
    int x = 5;
    int y = 10;

    printf("Before swap: x = %d, y = %d\n", x, y);
    swap(x, y);
    printf("After swap: x = %d, y = %d\n", x, y);  // x 和 y 的值不会改变

    return 0;
}

解释:

1. swap 函数定义了两个形参 a 和 b，并交换它们的值。
2. 在 main 函数中，swap 被调用，并传入 x 和 y 作为实参。
3. swap 函数内部的 a 和 b 是 x 和 y 的副本，修改 a 和 b 不会影响 x 和 y。
4. 函数调用结束后，x 和 y 的值保持不变，因为 swap 函数操作的是局部变量。