概述

函数是可以完成某些功能的一段代码块（函数，function，功能、作用的意思），它是C语言结构化程序设计的实现方式。通过函数，可以将程序分解成各个子模块，通过编写这些模块，最后组装出我们的程序。使用函数的方式，一方面降低了编码的难度，因为在模块化之后，我们只需要面对一个模块内部的逻辑关系，而不需要再从整体去考虑。另一方面，模块化还降低了调试程序的难度，因为都分成了模块，哪个模块有问题，只需要修复对应的模块就可以了。

函数定义

定义函数的方法：

返回值类型 函数名称 (参数列表)
{
    语句块；
}

示例：

int add(int a, int b)
{
    int sum = 0;
    sum = a + b;
    return sum;
}

调用函数：

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    int sum = 0;
    sum = add(a, b);
    printf("%d\n", sum);
}

函数调用过程与函数内存图

我们把调用其他函数的函数称为主调函数（主函数），把被调用的函数称为被调函数（子函数），那么函数的调用流程如下：

按顺序执行主调函数中的语句，直到调用被调函数前的语句为止；
跳转到被调函数中执行，一直到被调函数正常结束，或是调用return返回；
返回主调函数中，从被调函数后的第一个语句开始继续开始执行。

从上面的过程可以看出，子函数通过参数列表得到输入，通过返回值得到输出。对于主调函数来说，只关心给出什么输入可以得到什么输出，对函数内部具体如何实现，并不关心。

Alt text

每个函数被调用时都有自己的栈空间，这块栈空间是私有的，只归本函数使用，用于存储参数和局部变量。当函数调用结束（代码结束或是遇到return语句）时，这块栈空间会被编译器自动回收，存储在上面的数据将不能再被使用。当再次调用到该函数时，该函数又会获取到一块栈空间，只是这块栈空间和上次被调用时的栈空间已经没有什么关系了。
Alt text

函数的形参实参与返回值

定义函数时，函数参数列表中的内容称为形式参数（形参），在主函数中进行函数调用时，传入的参数称为实际参数（实参）。实参是我们要操作的对象，而形参用于接收实参的值，它们在数量上和顺序上应该严格一致。
Alt text

在函数未被调用时，不会给形参分配内存单元，只有当函数被调用时，形参才会被分配内存单元（一般是在栈上分配）。形参变量被创建之后，会用传入的实参值对其进行初始化。调用结束后，形参的内存单元会被释放。

从以上过程可以看到，形参和实参在内存中是完全不相关的两块内存，它们在存储位置上没有任何关系。

函数可以无返回值或者仅有一个返回值，C语言无法实现一次返回多个值。当函数有返回值时，需要在定义函数时指定返回值的类型，并在函数中用return语句返回对应的类型值，两者类型不匹配时，以函数类型为准。

当函数没有返回值或没有参数时，应该严格用void类型来限定，否则，函数将仍然可以接收参数并默认返回一个int类型的整数，如下：

void func(void)
{
    printf("hello, world\n");
}

函数的声明

当函数的定义出现在调用之前时，函数可以正常调用。而当函数的定义出现在调用之后时，函数的调用就会出现无法识别的问题（GCC编译器需要添加 -Wall选项才可以看到错误提示信息）。如果函数的定义出现在调用之后，那么可以通过对函数添加前置声明的方式解决问题，如下：

int add(int a, int b); //函数声明，告诉编译器，add函数已经在他处有定义

int main()
{
    int a = add(1, 2); //函数调用
}

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

在声明函数时，可以对形参的参数名进行省略，因为编译器在检查函数声明时不关注参数名，只关注参数类型。所以，类似下面这样的声明也是可以的：

int add(int, int); //省略参数名称的声明方式

指针与函数

指针类型的函数参数

指针是一个变量的地址，形参变量是指针时，形参同样是实参的副本，只不过这两者都指向了同一个地址，因此可以在子函数中修改这个地址的内容。当函数调用结束后，形参指针变量本身所占用的内存也会被释放。

void increase(int *p)
{
    *p = *p + 1;
    return;
}
int main()
{
    int a = 1;
    increase(&a);
    printf("%d\n", a); // a = 2;
}

Alt text

指针类型的返回值

可以通过return语句返回一个指针变量，此时，main函数可以用相同类型的指针变量来接收它的值。对于指针类型的返回值，有一点要非常注意，不可以返回指向栈内存的指针，因为栈空间在函数返回后就已经被回收了，类似下面的写法是错误的：

int* func(void)
{
    int a = 1;
    return &a; // a存储在func的栈上，func结束之后栈就被清空回收了
}

数组与函数

把一维数组作为函数参数时，编译器总是将它解析成一个指向数组首地址的指针。因此，形参写成指针形式或是数组形式，对编译器来说没有区别，都表示这个参数是指针。为了防止在子函数中发生数组越界，一般数组作为参数时，都需要再定义一个参数用于传入数组的长度，在子函数根据这个长度去访问数组，就可以保证不发生越界，以下三种写法是完全一样的：

void sort(int* a, int n);
void sort(int a[], int n);
Void sort(int a[100], int n);

由于C语言中函数不能一次返回多个值，所以函数只能返回数组中的某一个元素，而不能返回整个数组。

二维数组作为数组参数时，需要传入的是指向二维数组第一个元素的数组指针，如下：

void func(int (*p)[3], int n)
{
    // do something
}

int main(void)
{
    int a[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    func(a, 2);
    return 0;
}

main函数参数与返回值

main函数可以带参数，也可以不带参数。C语言规定main函数的参数只能有两个，第一个是整数，第二个是指向字符串的指针数组，一般写成argc和argv。main函数默认返回整型，不准将main函数定义成void类型。以下是main函数的标准写法：

int main(int argc, char* argv[])
{
    // do something
}

main函数的实参由操作系统给出，在linux中可以用命令行的形式传给可执行程序的main函数。第一个整型的argc表示的是从命令行传入参数的个数（执行程序本身也算一个参数），第二个参数表示的是从命令行传入的字符串个数（执行程序本身是第一个参数），如下：

执行命令：./file1 China Beijing

argc与argv的值：

argc ==> 3

argv[0] ==> "./file1"

argv[1] ==> "China"

argv[2] ==> "Beijing"

递归函数

函数可以调用自己调用自己，函数自己调用自己称为函数的递归。函数递归尤其要注意的一点是，递归需要有一个终止条件，否则函数一直递归下去，栈空间终会被消耗完，导致程序的段错误。

使用递归可以写出非常简洁高效的代码，很多巧妙的算法都是用递归实现的。使用递归的重点是要理解递归的思路，尤其是在何时该终止递归，在使用中，需要多加练习，多加分析。通过足量的练习，锻炼自己对于递归的敏感度。下面展示一些递归的巧妙用法。

求正整数n的阶乘：

int fact(int n)
{
    if (n == 1)
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        return n * fact(n - 1);
    }
}

不使用任何变量求字符串长度：

int my_strlen(char *str)
{
    if (*str == '\0')
    {
        return 0;
    }
    else
    {
        return (1 + my_strlen(++str));
    }
}

输出一个数的2进制值：

#define SCALE 2
void base_conversion(int num)
{
    if(num < SCALE)
    {
        printf("%d", num);
        return;
    }
    else
    {
        base_conversion(num / SCALE);
        printf("%d", num % SCALE);
    }
}

函数指针

每个函数在经过编译后最终都会形成一段二进制代码，而这些代码在程序运行时也会载入内存。所以每个函数都会在内存中有一个存储的地址。如果知道了这个地址，那是不是也可以调用到函数呢？

答案是可以的，与变量一样，函数也有地址。函数的地址就是函数名，这点与数组类似。我们可以将这个地址保存到一个指针里面，然后通过指针调用到这个函数。保存函数地址的类型称为函数指针，定义如下：

函数类型 (*指针名称)(形参列表);

比如，有某个函数定义如下：

int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

则可以定义一个函数指针，让它指向这个函数：

int (*padd)(int a, int b); //定义函数指针
padd = add;                //给函数指针赋值
int a =padd(3, 2);         //通过函数指针调用函数

定义函数指针时，同样可以不指定形参的名称，类似下面的写法也是可以的：

int (*padd)(int, int); //定义函数指针，忽略形参名称

既然通过函数名就可以调用函数，那为什么还要用函数指针呢？请查阅标准库函数qsort然后自行体会。（linux命令行输入man qsort即可看到qsort的原型和使用方法）

回调函数

如果某个函数的参数中带有函数指针，那么我们称这个函数为回调函数。

int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

int callback(int num1, int num2, int (*pfun)(int, int)) //回调函数
{
    return pfun(num1, num2);
}

页面树结构

函数

概述