{20}程序设计入门之C语言：函数的定义和使用

# 1. C语言函数基础

## 1.1 什么是函数？
函数是一段封装了特定功能的代码块，可在程序中被多次调用。它接收输入参数，执行相应的操作，然后返回输出结果。

## 1.2 函数的定义和声明
在C语言中，函数的定义和声明分为两个部分。函数的声明包含了函数的名称、返回类型和参数列表，而函数的定义则包含了函数体的具体实现。

以下是一个示例函数的声明和定义：

// 函数声明
int max(int a, int b);

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

## 1.3 函数参数和返回值
函数可接受零个或多个参数，用于传递输入数据。参数可以是基本类型（如整数、浮点数等）或指针类型（如数组、结构体等）。

函数可返回一个值给调用者。返回值的类型需在函数声明时指定，若函数无返回值，类型应为`void`。

以下是一个计算两个整数之和的示例函数：

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

使用该函数时，可通过参数传递输入数据，并通过返回值获取计算结果。

int result = sum(3, 5);
printf("sum: %d\n", result);  // 输出: sum: 8

函数也可以不返回任何值，称为`void`函数。例如，下面的函数用于打印一条消息，无需返回结果：

void sayHello() {
    printf("Hello, world!\n");
}

sayHello();  // 输出: Hello, world!

函数也可以同时接受多个参数并返回多个值。比如，可通过传入指针参数获取函数内修改的值。

void swap(int* a, int* b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int x = 3, y = 5;
swap(&x, &y);
printf("x: %d, y: %d\n", x, y);  // 输出: x: 5, y: 3

本章介绍了C语言函数的基础知识，包括函数的定义和声明、参数传递和返回值的使用。在下一章节中，我们将探讨函数的调用和调用方式。

# 2. 函数的调用和调用方式】

## 2.1 如何调用函数？

在C语言中，要调用一个函数，可以使用函数名加上一对小括号来实现。例如，调用一个名为"hello"的函数可以写作：hello()。

函数的调用可以在程序的任意位置进行，但需要保证被调用的函数在调用之前已经被声明或定义。

## 2.2 函数参数的传递方式

C语言中，函数的参数传递有两种方式：值传递和指针传递。

值传递是将实际参数的值复制一份给形式参数，函数内部对形式参数的修改不会影响实际参数的值。

指针传递是将实际参数的地址传递给形式参数，函数内部对形式参数的修改会影响实际参数的值。

下面是一个值传递的例子：

#include <stdio.h>

void changeValue(int num) {
    num = 100;
}

int main() {
    int num = 10;
    changeValue(num);
    printf("num = %d\n", num);  // 输出结果为 num = 10
    return 0;
}

上面的代码中，changeValue函数在内部将形式参数num的值修改为100，但是在main函数中输出num的值仍然为10，因为函数的参数传递方式是值传递。

下面是一个指针传递的例子：

#include <stdio.h>

void changeValue(int* numPtr) {
    *numPtr = 100;
}

int main() {
    int num = 10;
    changeValue(&num);
    printf("num = %d\n", num);  // 输出结果为 num = 100
    return 0;
}

上面的代码中，changeValue函数接收一个指向int类型的指针作为参数，通过修改指针所指向的值，改变了main函数中num的值。

## 2.3 函数返回值的接收方式

C语言中，函数的返回值可以通过变量接收。调用一个有返回值的函数时，可以将返回值赋给一个变量。

下面是一个示例：

#include <stdio.h>

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

int main() {
    int sum = add(3, 4);
    printf("sum = %d\n", sum);  // 输出结果为 sum = 7
    return 0;
}

上面的代码中，add函数接收两个参数并返回它们的和，main函数中将add函数的返回值赋给了sum变量，最终输出了sum的值。

以上是关于函数的调用和调用方式的介绍，通过合理的函数调用和参数传递，可以实现复杂的功能和模块化的程序设计。

# 3. 函数的内部机制

在本章中，我们将深入探讨C语言函数的内部机制，包括函数的栈帧、局部变量和全局变量、静态变量和作用域等。

#### 3.1 函数的栈帧

栈帧是函数在运行时在内存中的一块区域，用来保存函数的参数、局部变量和返回地址等信息。当函数被调用时，会在栈上创建一个新的栈帧，同时将函数的参数和局部变量空间分配在栈帧中。栈帧的创建和销毁是自动完成的，由编译器负责管理。

在每次函数调用时，都会将当前函数的栈帧信息压入栈中，形成栈帧链。当函数执行完毕后，栈帧会被销毁，栈帧链会恢复到上一层函数的栈帧。这个过程类似于一个堆栈的操作，因此也被称为"调用栈"。

#### 3.2 局部变量和全局变量

函数内部定义的变量分为局部变量和全局变量。局部变量的作用域仅限于函数内部，在函数执行完毕后会被销毁，其内存空间会被释放。全局变量则在程序的整个运行过程中一直存在，可以被多个函数所共享。

使用局部变量的好处是可以避免命名冲突，每个函数都有自己独立的局部变量空间。而全局变量的好处是可以在函数之间共享数据，方便数据交换和传递。

#### 3.3 静态变量和作用域

静态变量是在函数内部定义的变量，但其生命周期不同于局部变量。静态变量在函数执行完毕后不会被销毁，而是一直存在，保持其值不变