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  • 8、【C语言基础】函数/指针

    C 函数

    函数是一组一起执行一个任务的语句。每个 C 程序都至少有一个函数，即主函数 main() ，所有简单的程序都可以定义其他额外的函数。

    您可以把代码划分到不同的函数中。如何划分代码到不同的函数中是由您来决定的，但在逻辑上，划分通常是根据每个函数执行一个特定的任务来进行的。

    函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体。

    C 标准库提供了大量的程序可以调用的内置函数。例如，函数 strcat() 用来连接两个字符串，函数 memcpy() 用来复制内存到另一个位置。

    函数还有很多叫法，比如方法、子例程或程序，等等。

    定义函数

    C 语言中的函数定义的一般形式如下：

    return_type function_name( parameter list )
{
   body of the function
}

    在 C 语言中，函数由一个函数头和一个函数主体组成。下面列出一个函数的所有组成部分：

    • 返回类型：一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值，在这种情况下，return_type 是关键字 void。
    • 函数名称：这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
    • 参数：参数就像是占位符。当函数被调用时，您向参数传递一个值，这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的，也就是说，函数可能不包含参数。
    • 函数主体：函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。

    【示例】函数定义

     1 /* 函数返回两个数中较大的那个数 */
 2 int max(int num1, int num2) 
 3 {
 4    /* 局部变量声明 */
 5    int result;
 6  
 7    if (num1 > num2)
 8       result = num1;
 9    else
10       result = num2;
11  
12    return result; 
13 }

    函数声明

    函数声明会告诉编译器函数名称及如何调用函数。函数的实际主体可以单独定义。

    函数声明包括以下几个部分： 

    1 return_type function_name( parameter list );

    针对上面定义的函数 max()，以下是函数声明：

    int max(int num1, int num2);

    在函数声明中，参数的名称并不重要，只有参数的类型是必需的，因此下面也是有效的声明：

    int max(int, int);

    当您在一个源文件中定义函数且在另一个文件中调用函数时，函数声明是必需的。在这种情况下，您应该在调用函数的文件顶部声明函数。

    调用函数

    创建 C 函数时，会定义函数做什么，然后通过调用函数来完成已定义的任务。

    当程序调用函数时，程序控制权会转移给被调用的函数。被调用的函数执行已定义的任务，当函数的返回语句被执行时，或到达函数的结束括号时，会把程序控制权交还给主程序。

    调用函数时，传递所需参数，如果函数返回一个值，则可以存储返回值。例如：

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 /* 函数声明 */
 4 int max(int num1, int num2);
 5  
 6 int main ()
 7 {
 8    /* 局部变量定义 */
 9    int a = 100;
10    int b = 200;
11    int ret;
12  
13    /* 调用函数来获取最大值 */
14    ret = max(a, b);
15  
16    printf( "Max value is : %d
", ret );
17  
18    return 0;
19 }
20  
21 /* 函数返回两个数中较大的那个数 */
22 int max(int num1, int num2) 
23 {
24    /* 局部变量声明 */
25    int result;
26  
27    if (num1 > num2)
28       result = num1;
29    else
30       result = num2;
31  
32    return result; 
33 }

    函数参数

    如果函数要使用参数，则必须声明接受参数值的变量。这些变量称为函数的形式参数。

    形式参数就像函数内的其他局部变量，在进入函数时被创建，退出函数时被销毁。

    当调用函数时，有两种向函数传递参数的方式：

    调用类型描述
    传值调用 该方法把参数的实际值复制给函数的形式参数。在这种情况下，修改函数内的形式参数不会影响实际参数。
    引用调用 通过指针传递方式，形参为指向实参地址的指针，当对形参的指向操作时，就相当于对实参本身进行的操作。

    默认情况下，C 使用传值调用来传递参数。一般来说，这意味着函数内的代码不能改变用于调用函数的实际参数。

    【示例】传值调用函数

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 /* 函数声明 */
 4 void swap(int x, int y);
 5  
 6 int main ()
 7 {
 8    /* 局部变量定义 */
 9    int a = 100;
10    int b = 200;
11  
12    printf("交换前，a 的值： %d
", a );
13    printf("交换前，b 的值： %d
", b );
14  
15    /* 调用函数来交换值 */
16    swap(a, b);
17  
18    printf("交换后，a 的值： %d
", a );
19    printf("交换后，b 的值： %d
", b );
20  
21    return 0;
22 }

    执行结果：

    交换前，a 的值： 100
交换前，b 的值： 200
交换后，a 的值： 100
交换后，b 的值： 200

     上面的示例表明了，虽然在函数内改变了 a 和 b 的值，但是实际上 a 和 b 的值没有发生变化。

    【示例】传引用调用函数

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 /* 函数声明 */
 4 void swap(int *x, int *y);
 5  
 6 int main ()
 7 {
 8    /* 局部变量定义 */
 9    int a = 100;
10    int b = 200;
11  
12    printf("交换前，a 的值： %d
", a );
13    printf("交换前，b 的值： %d
", b );
14  
15    /* 调用函数来交换值
16     * &a 表示指向 a 的指针，即变量 a 的地址 
17     * &b 表示指向 b 的指针，即变量 b 的地址 
18    */
19    swap(&a, &b);
20  
21    printf("交换后，a 的值： %d
", a );
22    printf("交换后，b 的值： %d
", b );
23  
24    return 0;
25 }

    执行结果：

    1 交换前，a 的值： 100
2 交换前，b 的值： 200
3 交换后，a 的值： 200
4 交换后，b 的值： 100

    与传值调用不同，引用调用在函数内改变了 a 和 b 的值，实际上也改变了函数外 a 和 b 的值。这里涉及到C指针的概念，我们会在下面进行详细说明。

    C 指针

    正如您所知道的，每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。请看下面的实例，它将输出定义的变量地址：

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 int main ()
 4 {
 5    int  var1;
 6    char var2[10];
 7  
 8    printf("var1 变量的地址： %p
", &var1  );
 9    printf("var2 变量的地址： %p
", &var2  );
10  
11    return 0;
12 }

    执行结果：

    1 var1 变量的地址： 0x7fff5cc109d4
2 var2 变量的地址： 0x7fff5cc109de

    什么是指针？

    指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：

    type *var-name;

    在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C 数据类型，var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是，在这个语句中，星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：

    1 int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
2 double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
3 float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
4 char   *ch;     /* 一个字符型的指针 */

    所有指针的值的实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。不同数据类型的指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

    如何使用指针？

    使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作：

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 int main ()
 4 {
 5    int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */
 6    int  *ip;        /* 指针变量的声明 */
 7  
 8    ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */
 9  
10    printf("Address of var variable: %p
", &var  );
11  
12    /* 在指针变量中存储的地址 */
13    printf("Address stored in ip variable: %p
", ip );
14  
15    /* 使用指针访问值 */
16    printf("Value of *ip variable: %d
", *ip );
17  
18    return 0;
19 }

    执行结果：

    Address of var variable: bffd8b3c
Address stored in ip variable: bffd8b3c
Value of *ip variable: 20

    C 中的 NULL 指针

    在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。

    NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。请看下面的程序：

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 int main ()
 4 {
 5    int  *ptr = NULL;
 6  
 7    printf("ptr 的地址是 %p
", ptr  );
 8  
 9    return 0;
10 }

    执行结果：

    ptr 的地址是 0x0

    在大多数的操作系统上，程序不允许访问地址为 0 的内存，因为该内存是操作系统保留的。然而，内存地址 0 有特别重要的意义，它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空值（零值），则假定它不指向任何东西。

    如需检查一个空指针，您可以使用 if 语句，如下所示：

    if(ptr)     /* 如果 p 非空，则完成 */
if(!ptr)    /* 如果 p 为空，则完成 */

    C 指针的使用

    1、指针的算术运算

    C 指针是一个用数值表示的地址。因此，您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算：++、--、+、-。

    假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针，是一个 32 位的整数，让我们对该指针执行下列的算术运算：

    ptr++

    在执行完上述的运算之后，ptr 将指向位置 1004，因为 ptr 每增加一次，它都将指向下一个整数位置，即当前位置往后移 4 个字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下，移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符，上面的运算会导致指针指向位置 1001，因为下一个字符位置是在 1001。

    （1）递增一个指针

    我们喜欢在程序中使用指针代替数组，因为变量指针可以递增，而数组不能递增，因为数组是一个常量指针。下面的程序递增变量指针，以便顺序访问数组中的每一个元素：

    #include <stdio.h>

const int MAX = 3;

int main ()
{
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;

   /* 指针中的数组地址 */
   ptr = var;
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {

      printf("存储地址：var[%d] = %x
", i, ptr );
      printf("存储值：var[%d] = %d
", i, *ptr );

      /* 移动到下一个位置 */
      ptr++;
   }
   return 0;
}

    执行结果：

    1 存储地址：var[0] = bf882b30
2 存储值：var[0] = 10
3 存储地址：of var[1] = bf882b34
4 存储值： var[1] = 100
5 存储地址：of var[2] = bf882b38
6 存储值：var[2] = 200

    （2）递减一个指针

    同样地，对指针进行递减运算，即把值减去其数据类型的字节数，如下所示：

     1 #include <stdio.h>
 2 
 3 const int MAX = 3;
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7    int  var[] = {10, 100, 200};
 8    int  i, *ptr;
 9 
10    /* 指针中最后一个元素的地址 */
11    ptr = &var[MAX-1];
12    for ( i = MAX; i > 0; i--)
13    {
14 
15       printf("存储地址：var[%d] = %x
", i-1, ptr );
16       printf("存储值：var[%d] = %d
", i-1, *ptr );
17 
18       /* 移动到下一个位置 */
19       ptr--;
20    }
21    return 0;
22 }

    执行结果：

    1 存储地址：var[2] = 518a0ae4
2 存储值：var[2] = 200
3 存储地址：var[1] = 518a0ae0
4 存储值：var[1] = 100
5 存储地址：var[0] = 518a0adc
6 存储值：var[0] = 10

    （3）指针的比较

    指针可以用关系运算符进行比较，如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量，比如同一个数组中的不同元素，则可对 p1 和 p2 进行大小比较。

    下面的程序修改了上面的实例，只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1]，则把变量指针进行递增：

     1 #include <stdio.h>
 2 
 3 const int MAX = 3;
 4 
 5 int main ()
 6 {
 7    int  var[] = {10, 100, 200};
 8    int  i, *ptr;
 9 
10    /* 指针中第一个元素的地址 */
11    ptr = var;
12    i = 0;
13    while ( ptr <= &var[MAX - 1] )
14    {
15 
16       printf("Address of var[%d] = %x
", i, ptr );
17       printf("Value of var[%d] = %d
", i, *ptr );
18 
19       /* 指向上一个位置 */
20       ptr++;
21       i++;
22    }
23    return 0;
24 }

    执行结果：

    Address of var[0] = bfdbcb20
Value of var[0] = 10
Address of var[1] = bfdbcb24
Value of var[1] = 100
Address of var[2] = bfdbcb28
Value of var[2] = 200

    2、指针数组

    可以把 ptr 声明为一个数组，由 MAX 个整数指针组成。因此，ptr 中的每个元素，都是一个指向 int 值的指针。下面的实例用到了三个整数，它们将存储在一个指针数组中，如下所示：

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 const int MAX = 3;
 4  
 5 int main ()
 6 {
 7    int  var[] = {10, 100, 200};
 8    int i, *ptr[MAX];
 9  
10    for ( i = 0; i < MAX; i++)
11    {
12       ptr[i] = &var[i]; /* 赋值为整数的地址 */
13    }
14    for ( i = 0; i < MAX; i++)
15    {
16       printf("Value of var[%d] = %d
", i, *ptr[i] );
17    }
18    return 0;
19 }

    执行结果：

    Value of var[0] = 10
Value of var[1] = 100
Value of var[2] = 200

     3、指向指针的指针

    指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式，或者说是一个指针链。通常，一个指针包含一个变量的地址。当我们定义一个指向指针的指针时，第一个指针包含了第二个指针的地址，第二个指针指向包含实际值的位置。

    C 中指向指针的指针

    一个指向指针的指针变量必须如下声明，即在变量名前放置两个星号。例如，下面声明了一个指向 int 类型指针的指针：

    int **var;

     【示例】

     1 #include <stdio.h>
 2  
 3 int main ()
 4 {
 5    int  var;
 6    int  *ptr;
 7    int  **pptr;
 8 
 9    var = 3000;
10 
11    /* 获取 var 的地址 */
12    ptr = &var;
13 
14    /* 使用运算符 & 获取 ptr 的地址 */
15    pptr = &ptr;
16 
17    /* 使用 pptr 获取值 */
18    printf("Value of var = %d
", var );
19    printf("Value available at *ptr = %d
", *ptr );
20    printf("Value available at **pptr = %d
", **pptr);
21 
22    return 0;
23 }

    执行结果：

    Value of var = 3000
Value available at *ptr = 3000
Value available at **pptr = 3000

    4、传递指针给函数

    C 语言允许您传递指针给函数，只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。

    【示例】

     1 #include <stdio.h>
 2 #include <time.h>
 3  
 4 void getSeconds(unsigned long *par);
 5 
 6 int main ()
 7 {
 8    unsigned long sec;
 9 
10 
11    getSeconds( &sec );
12 
13    /* 输出实际值 */
14    printf("Number of seconds: %ld
", sec );
15 
16    return 0;
17 }
18 
19 void getSeconds(unsigned long *par)
20 {
21    /* 获取当前的秒数 */
22    *par = time( NULL );
23    return;
24 }

    执行结果：

    Number of seconds :1294450468

    5、从函数返回指针

    C 语言不支持在调用函数时返回局部变量的地址，除非定义局部变量为 static 变量。

    现在，让我们来看下面的函数，它会生成 10 个随机数，并使用表示指针的数组名（即第一个数组元素的地址）来返回它们，具体如下：

     1 #include <stdio.h>
 2 #include <time.h>
 3 #include <stdlib.h> 
 4  
 5 /* 要生成和返回随机数的函数 */
 6 int * getRandom( )
 7 {
 8    static int  r[10];
 9    int i;
10  
11    /* 设置种子 */
12    srand( (unsigned)time( NULL ) );
13    for ( i = 0; i < 10; ++i)
14    {
15       r[i] = rand();
16       printf("%d
", r[i] );
17    }
18  
19    return r;
20 }
21  
22 /* 要调用上面定义函数的主函数 */
23 int main ()
24 {
25    /* 一个指向整数的指针 */
26    int *p;
27    int i;
28  
29    p = getRandom();
30    for ( i = 0; i < 10; i++ )
31    {
32        printf("*(p + [%d]) : %d
", i, *(p + i) );
33    }
34  
35    return 0;
36 }

    执行结果：

    1523198053
1187214107
1108300978
430494959
1421301276
930971084
123250484
106932140
1604461820
149169022
*(p + [0]) : 1523198053
*(p + [1]) : 1187214107
*(p + [2]) : 1108300978
*(p + [3]) : 430494959
*(p + [4]) : 1421301276
*(p + [5]) : 930971084
*(p + [6]) : 123250484
*(p + [7]) : 106932140
*(p + [8]) : 1604461820
*(p + [9]) : 149169022
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