欢迎小伙伴的点评✨✨ 本篇章系列是对C语言的深度思考和总结、关于C语言内容会持续更新

前言

“函数”是从英文 function 翻译过来的，其实，function在英文中的意思是“函数”，也是“功能”。从本质意义上来说，函数就是用来完成一定的功能的。这样，对函数的概念就很好理解了，所谓函数名就是给该功能起一个名字，如果该功能是用来实现求正弦运算的，就称为正弦函数。

注意： 函数就是功能。每一个函数用来实现一个特定的功能。函数的名字应反映其代表的功能。
在设计一个较大的程序时，往往把它分为若干个程序模块，每一个模块包括一个或多个函数，每个函数实现一个特定的功能。一个C程序可由一个主函数和若干个其他函数构成。由主函数调用其他函数，其他函数也可以互相调用。同一个函数可以被一个或多个函数调用任意多次。
说明：
(1) 一个C程序由一个或多个程序模块组成，每一个程序模块作为一个源程序文件。对较大的程序，一般不希望把所有的内容全放在一个文件中，而是将它们分别放在若干个源文件中，由若干个源程序文件组成一个C程序。这样便于分别编写和编译，提高调试效率。一个源程序文件可以为多个C程序共用。
(2)一个源程序文件由一个或多个函数以及其他有关内容(如指令、数据声明与定义等)组成。一个源程序文件是一个编译单位，在程序编译时是以源程序文件为单位进行编译的，而不是以函数为单位进行编译的。
(3)C程序的执行是从main函数开始的，如果在main函数中调用其他函数，在调用后流程返回到main函数，在main函数中结束整个程序的运行。
(4)所有函数都是平行的，即在定义函数时，是分别进行的，是互相独立的。一个函数并不从属于另一个函数，即函数不能嵌套定义。函数间可以互相调用，但不能调用main函数。main函数是被操作系统调用的。
(5)从用户使用的角度看，函数有两种。
①库函数，它是由系统提供的，用户不必自己定义，可直接使用它们。应该说明，不同的C语言编译系统提供的库函数的数量和功能会有一些不同，当然许多基本的函数是共同的。
②用户自己定义的函数。它是用以解决用户专门需要的函数。
(6) 从函数的形式看，函数分两类。
① 无参函数。在调用无参函数时，主调函数不向被调用函数传递数据。无参函数一般用来执行指定的一组操作。无参函数可以带回或不带回函数值，但一般以不带回函数值的居多。
②有参函数。在调用函数时，主调函数在调用被调用函数时，通过参数向被调用函数传递数据，一般情况下，执行被调用函数时会得到一个函数值，供主调用函数使用。此时有参函数应定义为与返回值相同的类型。

一、怎样定义函数

C语言要求，在程序中用到的所有函数，必须“先定义，后使用”。
定义函数应包括以下几个内容：
(1) 指定函数的名字，以便以后按名调用。
(2) 指定函数的类型，即函数返回值的类型。
(3) 指定函数的参数的名字和类型，以便在调用函数时向它们传递数据。对无参函数不需要这项。
(4) 指定函数应当完成什么操作，也就是函数是做什么的，即函数的功能。这是最重要的，是在函数体中解决的。
对于C编译系统提供的库函数，是由编译系统事先定义好的，库文件中包括了对各函数的定义。程序设计者不必自己定义，只须用#include指令把有关的头文件包含到本模块中即可。
库函数只提供了最基本，最通用的一些函数，而不可能包括人们在实际应用中所用到的所有函数。程序设计者需要在程序中自己定义想用的而库函数并没有提供的函数。

二、定义函数的方法

2.1、定义无参函数

定义无参函数的一般形式为

类型名 函数名()
{
函数体
}
或
类型名 函数名(void)
{
函数体
}
函数名后面括号内的 void 表示“空”，即函数没有参数。
函数体包括 声明部分 和 语句部分 。
在定义函数时要用 类型标识符 (即类型名)指定函数值的类型，即指定函数带回来的值的类型。

2.2、定义有参函数

定义有参函数的一般形式为
类型名 函数名(形式参数表列)
{
函数体
}
函数体包括声明部分和语句部分。

2.3、定义空函数

在程序设计中有时会用到空函数，它的形式为
类型名 函数名()
{ }
函数体是空的。调用此函数时，什么工作也不做，没有任何实际作用。
在程序设计中往往根据需要确定若干个模块，分别由一些函数来实现。而在第1个阶段只设计最基本的模块，其他一些次要功能或锦上添花的功能则在以后需要时陆续补上。在编写程序的开始阶段，可以在将来准备扩充功能的地方写一个空函数(函数名取将来采用的实际函数名)，只是这些函数暂时还未编好，先用空函数占一个位置，等以后扩充程序功能时用一个编好的函数代替它。这样做，程序的结构清楚，可读性好，以后扩充新功能方便，对程序结构影响不大。空函数在程序设计中常常是有作用的。

三、调用函数

定义函数的目的是为了调用此函数，以得到预期的结果。因此，应当熟练掌握调用函数的方法和有关概念

3.1、函数调用的形式

调用一个函数的方法很简单，如前面已见过的：
函数调用的一般形式为
函数名(实参表列)
如果是调用无参函数，则 实参表列 可以没有，但括号不能省略。如果实参表列包含多个实参，则各参数间用逗号隔开。
按函数调用在程序中出现的形式和位置来分，可以有以下3种函数调用方式。

1. 函数调用语句
   把函数调用单独作为一个语句。如 printf(“Hello World !\n”); ，这时不要求函数带回值，只要求函数完成一定的操作。
2. 函数表达式
   函数调用出现在另一个表达式中，如“c=max(a,b);” ，max(a,b)是一次函数调用，它是赋值表达式中的一部分。这时要求函数带回一个确定的值以参加表达式的运算。
3. 函数参数
   函数调用作为另一个函数调用时的实参。例如：
   m=max(a,max(b,c));
   其中，max(b,c)是一次函数调用，它的值是b和c二者中的 大者 ，把它作为max另一次调用的实参。经过赋值后，m的值是a，b，c
   三者中的最大者。
   说明： 调用函数并不一定要求包括分号，只有作为函数调用语句才需要有分号。如果作为函数表达式或函数参数，函数调用本身是不必有分号的。

3.2、函数调用时的数据传递

1. 形式参数和实际参数
   在调用 有参函数 时，主调函数和被调用函数之间有数据传递关系。从前面已知：在定义函数时函数名后面括号中的变量名称为
   形式参数（简称 形参 ）或 虚拟参数 。在主调函数中调用一个函数时，函数名后面括号中的参数称为 实际参数（简称 实参 ）。实际参数可以是常量、变量或表达式。
2. 实参和形参间的数据传递
   在调用函数过程中，系统会把实参的值传递给被调用函数的形参。或者说，形参从实参得到一个值。该值在函数调用期间有效，可以参加该函数中的运算。
   在调用函数过程中发生的实参与形参间的数据传递称为 虚实结合 。
   说明：
   (1) 实参可以是常量，变量或表达式，例如：max(3，a+b)，但要求它们有确定的值。在调用时将实参的值赋给形参。
   (2) 实参与形参的类型应相同或赋值兼容。

3.3、函数调用的过程

(1) 在定义函数中指定的形参，在未出现函数调用时，它们并不占内存中的存储单元。在发生函数调用时，函数的形参才被临时分配内存单元。
(2) 将实参的值传递给对应形参。
(3) 在执行函数期间，由于形参已经有值，就可以利用形参进行有关的运算。
(4) 通过 return 语句将函数值带回到主调函数。
(5) 调用结束，形参单元被释放。

3.4、函数的返回值

通常，希望通过函数调用使主调函数能得到一个确定的值，这就是函数值（函数的返回值）
下面对函数值作一些说明。
(1) 函数的返回值是通过函数中的return 语句获得的。return 语句将被调用函数中的一个确定值带回到主调函数中去。如果需要从被调用函数带回一个函数值（供主调函数使用），被调用函数中必须包含return 语句。如果不需要从被调用函数带回函数值可以不要return 语句。
一个函数中可以有一个以上的return 语句，执行到那一个return 语句，那一个return 语句就起作用。return 语句后面的括号可以不要，如 return z; 与 return(z); 等价。 return 后面的值可以是一个表达式。

(2) 函数值的类型。既然函数有返回值，这个值当然应属于某一个 确定的类型，应当在定义函数时指定函数值的类型。
(3) 在定义函数时指定的函数类型一般应该和return 语句中的表达式类型一致。如果函数值的类型和return语句中表达式的值不一致，则以函数类型为准。对数值型数据，可以自动进行类型转换。即函数类型决定返回值的类型。
(4) 对于不带返回值的函数，应当用定义函数为 void 类型 (或称 空类型 ) 。这样，系统就保证不使函数带回任何值，即禁止在调用函数中使用被调用函数的返回值。此时在函数体中不得出现return 语句。

四、对被调用函数的声明和函数原型

在一个函数中调用另一个函数(即被调用函数)需要具备如下条件：
(1) 首先被调用的函数必须是已经定义的函数(是库函数或用户自己定义的函数)。但仅有这一条件还不够。
(2) 如果使用库函数，应该在本文件开头用#include 指令将调用有关库函数时所需用到的信息 包含 到本文件中来。
(3) 如果使用用户自己定义的函数，而该函数的位置在调用它的函数(即主调函数)的后面(在同一个文件中)，应该在主调函数中对被调用函数作 声明 (declaration) 。声明的作用是把函数名，函数参数的个数和参数类型等信息通知编译系统，以便在遇到函数调用时，编译系统能正确识别函数并检查调用是否合法。
函数的声明和函数的定义中的函数首部基本上是相同的，只差一个分号(函数声明比函数定义中的首行多一个分号)。因此写函数声明是，可以简单地照写已定义的函数的首行，再加一个分号，就成了 声明 。函数的首行 (即函数首部) 称为 函数原型 。为什么要用函数的首部来作为函数声明呢? 这是为了便于对函数调用的合法性进行检查。因为在函数的首部包含了检查调用函数是否合法的基本信息(它包括了函数名，函数值类型，参数个数，参数类型和参数顺序)，在检查函数调用时要求函数名，函数类型，参数个数和参数顺序必须与函数声明一致，实参类型必须与函数声明中的形参类型相同(或赋值兼容，如实型数据可以传递给整型形参，按赋值规则进行类型转换）否则就按错处理。这样就能保证函数的正确调用。
说明： 使用函数原型作声明是C的一个重要特点。用函数原型来声明函数，能减少编写程序时可能出现的错误。由于函数声明的位置与函数调用语句的位置比较近，因此在写程序时便于就近参照函数原型来书写函数调用，不易出错。
实际上，在函数声明中的形参名可以省写，而只写形参的类型，如上面的声明可以写为
float add(float ,float ); //不写参数名，只写参数类型
编译系统只关心和检查参数个数和参数类型，而不检查参数名，因为在调用函数时只要求保证实参类型与形参类型一致，而不必考虑形参名是什么。因此在函数声明中，形参名可写可不写，形参名是什么都无所谓，如：
float add(float a,float b); //参数名不用x,y,而用 a,b 。合法
根据以上的介绍，函数声明的一般形式有两种，分别为
(1) 函数类型 函数名 (参数类型 1 参数名1 ,参数类型 2 参数名2 , … ,参数类型 n 参数名n )
(2) 函数类型 函数名 (参数类型 1 , 参数类型 2 , … ,参数类型 n 参数名n )

注意： 对函数的 定义 和 声明 不是同一回事。函数的定义是指对函数功能的确立，包括指定函数名、函数值类型、形参及其类型以及函数体等，它是一个完整的、独立的函数单位。而函数的声明的作用则是把函数的名字、函数类型以及形参的类型、个数和顺序通知编译系统，以便在调用该函数时系统按此进行对照检查(例如，函数名是否正确，实参与形参的类型和个数是否一致)，它不包含函数体。
如果已在文件的开头(在所有函数之前)，已对本文件中所调用的函数进行了声明，则在各函数中不必对其所调用的函数再作声明。
由于在文件的开头(再函数的外部)已对要调用的函数进行了声明(这些称为 外部的声明 )，因此在程序编译时，编译系统已从外部声明中知道了函数的有关信息，所以不必再主调函数中重复进行声明。写在所有函数前面的外部声明在整个文件范围有效。

五、函数的嵌套调用

C语言的函数定义是互相平行、独立的，也就是说，在定义函数时，一个函数内不能再定义另一个函数，即不能嵌套定义，但可以嵌套调用函数，即在调用一个函数的过程中，有调用另一个函数。

5.1、函数的递归调用

在调用一个函数的过程中又出现 直接或间接地调用该函数本身，称为函数的递归调用 。C语言的特点之一就在于允许函数的递归调用。

六、总结

当程序的功能比较多，规模比较大，把所有的程序代码都写在一个主函数(main 函数)中，就会使主函数变得庞杂、头绪不清，使阅读和维护程序变得困难。此外，有时程序中要多次实现某一功能(例如打印每一页的页头)，就需要多次重复编写实现此功能的程序代码，这使程序冗长、不精炼。
因此，人们自然会想到采用 组装 的办法来简化程序设计的过程。如同组装计算机一样，事先生产好各种部件(如电源、主板、光盘驱动器、风扇等)，在最后组装计算机时，用到什么就从仓库里取出什么，直接装上就可以了。绝不会采用手工业方式，在用到电源时临时生产一个电源，用到主板时临时生产一个主板。这就是 模块化程序设计 的思路。