一，C语言函数与数学函数的区别

1，回忆杀-初中数学

说起函数这个词，大多数程序员应该是耳熟能用，初中数学就开始学习函数，到现在已经有了多年的函数经验。

对于下面这张图，想必大家并不陌生吧。

以最简单的一元一次函数为例：

y=3x

在上述函数表达式y = 3x中，组成部分如下：

• y 被称为因变量（Dependent Variable）或函数值，它依赖于自变量x的值。
• x 被称为自变量（Independent Variable），它是你可以自由选择的输入值。
• 3 是系数（Coefficient），在这个线性函数中表示自变量x每增加1单位，因变量y增加的数量。
• = 表示等于，表明两边的量在给定x的值时是相等的。
• y = 3x 整体构成了一个函数关系，其中y是x的函数，通常会定义一个特定的函数名称，如f(x)，写作f(x) = 3x，这里f即为函数名。

2，C语言中的函数

尽管C语言函数借鉴了数学函数的思想，两者间存在根本差异。

数学函数专注于描述数学关系，无需考虑实现细节，而C语言函数则是实现特定任务的代码集合，需关注数据类型、内存管理等编程细节。

数学函数的输入输出都是数字，C语言中的函数可以处理的数据除了数字之外，还可以是字符、指针，甚至是另一个函数。

二， 函数的声明

函数是C语言中一种可以被重复使用的对象，包含一段可以重复执行的代码。函数可以接收不同的参数值，经过相同的逻辑处理，返回对应的结果。

C语言函数由函数头和函数体两部分组成：

• 函数头包括函数返回类型、函数名和参数列表（如果有）。
• 函数体包含执行语句，实现函数的具体功能。

下面是一个函数的示例。

int plus1(int num) {
  return num + 1;
}

上面的代码声明了一个函数plus1()，包含函数头和函数体。

1，函数头

1.1，函数名称

上面代码示例定义了名为plus1的函数。

1.2，返回值类型

函数名plus1前面的int指明了函数的返回值类型，这个函数将返回一个整数。

当然，函数可以没有返回值，没有返回值时，返回值类型为void。

void showNum(int num) {
  printf("num=%d", num);
}

1.3，参数列表

函数名plus1后面的圆括号里面就是参数列表，每个参数由参数类型和参数名组成，可以有多个参数，plus1(int num)表示这个函数有一个整数参数num。

2，函数体

2.1，函数体

函数体位于参数列表之后，包裹在一对大括号里面，下图中蓝色部分就是函数体。

注意：大括号前后都不需要加分号。

2.2，return语句

return语句是函数体中的特殊语句，它给出函数的返回值，程序运行到return语句，表示当前函数运行完毕，完成函数调用，返回到调用函数处。

需要注意的是，函数可以没有返回值，所以return语句不是必须得。如果函数没有返回值，可以省略return语句，或者写成return;。

void showNum(int num) {
  printf("num=%d", num);
  // 省略return
}

等价于：

void showNum(int num) {
  printf("num=%d", num);
  return;
}

三，main函数

一个C程序至少包含一个函数，这个函数就是main()函数，它是程序的入口点。

main()负责调用其他函数，完成程序的主要任务。

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0; // 程序正常结束
}

main()函数的声明和普通函数并无区别，也包含函数头和函数体，函数头包含返回值类型、函数名称、参数列表，函数体包含return语句。

正常情况下，如果main()里面省略return 0这一行，编译器会自动加上，即main()的默认返回值为0。所以，写成下面这样，效果完全一样。

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    // 省略return 0; 程序正常结束
}

四，函数的参数与传递方式

1，实参和形参

在C语言中，函数的参数分为形式参数（形参，Formal Parameters）和实际参数（实参，Actual Parameters）。

形参是在函数定义中使用的占位符，代表将来调用该函数时传递进来的值。

实参则是函数调用时实际传递给函数的具体值或变量。

下面通过一个简单的示例来说明这一概念。

1.1，函数定义（含形参）

// 函数声明和定义
// 形参：a 和 b 分别代表将要相加的两个整数
int addNumbers(int a, int b) {
    int sum = a + b; // 使用形参a和b计算和
    return sum; // 返回计算结果
}

在这个例子中，a和b是形式参数，它们在函数定义中作为接收外部数据的占位符。

1.2，函数调用（使用实参）

#include <stdio.h>

int main() {
    int num1 = 5; // 实际数值1
    int num2 = 3; // 实际数值2
    
    // 函数调用，传递实参：num1 和 num2
    int result = addNumbers(num1, num2);
    
    // 输出结果
    printf("The sum of %d and %d is %d\n", num1, num2, result);
    
    return 0;
}

在main函数中，当调用addNumbers函数时，num1和num2是实际参数。

这两个实参的值（5和3）会被传递给对应的形参a和b，函数内部使用这些值进行计算。

2，参数传递方式

函数参数用于向函数传递数据，C语言支持两种传递方式：值传递和引用传递。

2.1，值传递

传递参数的副本，函数内对参数的修改不影响原变量。

void swapByValue(int x, int y) {
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp; // 交换操作仅影响局部副本
}

int main() {
    int a = 5, b = 10;
    swapByValue(a, b);
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b); // 输出不变：a = 5, b = 10
}

上述代码，通过值传递调用函数swapByValue(int x, int y)，表面上起到了交换a和b的值的作用，实则并未改变a和b的值。

这是因为调用函数时是将a和b的值复制一份后，赋值给形参变量x和y，之后对x和y的操作不会影响a和b的值。

2.2，引用传递

传递参数的地址，通过指针实现，函数内可通过地址修改原变量。

void swapByReference(int* x, int* y) {
    int temp = *x;
    *x = *y;
    *y = temp; // 实际交换变量的值
}

int main() {
    int a = 5, b = 10;
    swapByReference(&a, &b);
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b); // 输出交换后：a = 10, b = 5
}

上述代码，通过值传递调用函数swapByValue(int* x, int* y)，表面上起到了交换a和b的值的作用，实际上的确起到了这个作用。

这是因为调用函数时是将a和b的地址传递给了指针变量x和y，函数体内通过运算符*对x和y进行运算，本质上操作x和y指向的内存中的数据，也即是变量a和b的数据。

五，函数原型与预声明

1，什么是函数原型

函数原型是在函数定义之前提供的一种声明方式，用于告诉编译器函数的返回类型、名称和参数列表。

// 函数原型
int max(int, int);

int main() {
    int larger = max(10, 20);
    printf("Larger number is: %d\n", larger);
    return 0;
}

// 函数定义
int max(int x, int y) {
    return (x > y) ? x : y;
}

2，为什么函数要预声明

我们知道，函数一定要先声明后使用。

我们还知道，main()函数是C程序第一个运行的函数，这就导致所有的函数都必须在main()函数之前声明。

void func1(void) {
}

void func2(void) {
}

int main(void) {
  func1();
  func2();
  return 0;
}

上面代码中，main()函数必须在最后声明，否则编译时会产生警告，找不到func1()或func2()的声明。

但是，这样编写代码有很多实践上的困难：

• 一方面，main()是整个程序的入口，也是主要逻辑，放在最前面更好。
• 另一方面，对于函数较多的程序，保证每个函数的顺序正确，会变得很麻烦。

C 语言的解决方案是在程序文件最前面给出函数原型，函数就可以先使用、后声明。

所谓函数原型，就是函数头，不需要函数体，函数体包含在之后的完整函数声明中。

int twice(int);

int main(int num) {
  return twice(num);
}

int twice(int num) {
  return 2 * num;
}

上面示例中，函数twice()的完整声明是放在main()后面，但是代码头部先给出了函数原型，所以可以正确编译。

只要提前给出函数原型，函数具体的实现放在哪里，就不重要了。

函数原型包括参数名也可以，虽然这样对于编译器是多余的，但是阅读代码的时候，可能有助于理解函数的意图。

int twice(int);

// 等同于
int twice(int num);

上面示例中，twice函数的参数名num，无论是否出现在原型里面，都是可以的。

注意，函数原型必须以分号结尾。

六，函数的返回值

函数通过return语句返回一个值给调用者。

返回类型在函数声明和定义中指定，可以是任何基本类型、结构体、甚至指针。

float average(int a, int b) {
    return (a + b) / 2.0f;
}

int main() {
    float avg = average(3, 7);
    printf("Average is: %.1f\n", avg); // 输出：Average is: 5.0
    return 0;
}

void类型的函数表示不返回任何值。

void showNum(int num) {
    printf("num=%d", num);
}

int main() {
    int num = 10;\
    showNum(10);
    return 0;
}