C语言K&R圣经笔记 4.1函数基础

本文介绍: 函数将大的计算任务拆分成小份，还能让我们在他人已完成的基础上开发，而不必从头开始。恰当的函数隐藏了程序中那些不需要知道操作细节的部分，这样就使整体更加清晰，并且能减少修改的痛苦。C的设计使得函数的使用高效而简单；C程序通常由很多小函数，而不是由几个大函数构成。一个程序可以放在一个或多个源文件中。多个源文件可以分开编译，并与库中早已编译好的函数一起加载。然而我们这里不会介绍这个过程，因为各个系统的细节都不一样。函数声明和定义是ANSI标准对C语言做出最显著改动的地方。

第4章函数

函数将大的计算任务拆分成小份，还能让我们在他人已完成的基础上开发，而不必从头开始。恰当的函数隐藏了程序中那些不需要知道操作细节的部分，这样就使整体更加清晰，并且能减少修改的痛苦。

C的设计使得函数的使用高效而简单；C程序通常由很多小函数，而不是由几个大函数构成。一个程序可以放在一个或多个源文件中。多个源文件可以分开编译，并与库中早已编译好的函数一起加载。然而我们这里不会介绍这个过程，因为各个系统的细节都不一样。

函数声明和定义是ANSI标准对C语言做出最显著改动的地方。如我们最早在第一章所见，当函数声明时可以声明参数的类型。函数定义的语法也改了，这样声明和定义就匹配了。这使编译器有可能比之前检测到更多的错误。更进一步，当参数被正确声明后，会自动执行合适的强制类型转换。

标准澄清了名称范围的规则；还特别要求每个外部对象只能有一个定义。初始化更加通用：可以初始化自动数组和结构。

C预处理也得到加强。新的预处理机制包含了一套更完整的条件编译指令集合，从宏参数中创建字符串的方式，以及对宏扩展过程更好的控制。

4.1函数基础

首先，让我们设计并编写一个程序，它将打印包含某个特定“样式”或字符串的输入行。（这是Unix程序 grep的一个特例。）例如，在下列行中搜索包含“ould” 这几个字母的样式

Ah Lov e! could y ou and I wi th Fa t e co n spire

To g r asp t hi s sorry Sch em e o f Th in gs e n ti re,

Wo ul d not w e shatter it to bit s — and the n

Re-m o ul d it nea re r to the Hea rt‘s Desi re!

会得到

Ah Love! could you and I with Fate co n spire

Woul d not we shatter it to bit s — and the n

Re-moul d it nea re r to the Hea rt‘s Desi re!

这项工作可以很整齐地分为三部分：

while (there is another line)

if (the line contains the patten)

print it

尽管可以将所有这些代码都放到 main 函数里，但更好的方式是把每个部分都做成独立的函数，以便合理利用这个结构。三个小块比一个大块好处理，因为无关的细节可以隐藏到函数里，而且把多余交互的机会最小化了。另外这些小块甚至可能用到其他程序中。

“while (there is another line) ”就是 get line，我们第一章写的函数。而 “print it ” 就是 printf ，别人早已经提供给我们了。这意味着我们只需要写一个例程来确定该行是否包含了样式。

解决这个问题，可以写一个函数 str index(s, t) 返回字符串 t 在字符串 s 中的起始位置或索引，如果 s 不包含 t 则返回 -1。因为 C 的数组位置从0开始，索引下标只能是 0 或正数，这样负数如 -1 就能方便地用于标识失败。当我们后续需要更复杂的样式匹配时，我们只需要替换 str index，其他代码都保持不变。（标准库提供了一个类似 str index 的函数 st rstr，不过它返回的是指针而不是索引。）

给出那么多设计之后，填充程序的细节就很简单了。下面是全部内容，你可以看到各个部分是如何结合在一起的。

#include <stdio.h&gt;
#define MAX_LINE 1000    /* 输入行的最大长度 */

int getline(char line[], int max);
int strindex(char source[], char searchfor[]);

char pattern = "ould";    /* 要查找的样式 */

/* 找到所有匹配样式的行 */
main()
{
    char line[MAX_LINE];
    int found = 0;
    while (getline(line, MAX_LINE) &gt; 0)
        if (strindex(line, pattern) &gt;= 0) {
            printf("%s", line);
            found++;
        }
    return found;
}

/* getline: 把行存入s, 返回长度 */
int getline(char s[], int lim)
{
    int c, i;

    i = 0;
    while (--lim > 0 &amp;&amp; (c = getchar()) != EOF &amp;&amp; c != 'n')
        s[i++] = c;
    if (c == 'n')
        s[i++] = c;
    s[i] = '';
    return i;
}

/* strindex: 返回s中t的索引，没有则返回-1 */
int strindex(char s[], char t[])
{
    int i, j, k;

    for (i = 0; s[i] != ''; i++) {
        for (j=i, k=0; t[k]!='' &amp;&amp; s[j]==t[k]; j++, k++)
            ;
        if (k > 0 &amp;&amp; t[k] == '')
            return i;
    }
    return -1;
}

每个函数定义都有如下格式

返回类型函数名(参数声明)

{

声明和语句

}

一些部分可以省略；最小的函数为

dummy() {}

它什么也不做，什么也不返回。像这样什么都不做的函数，有时在程序开发过程中被用来占位。如果没有返回类型，则假定返回int。

一个程序其实就是一系列变量定义和函数定义的集合。函数之间的通信是通过参数和函数的返回值，以及外部变量来完成。在源文件中，多个函数可以按任意顺序排列，而一个源程序也可以拆分成多个源文件，只要别把单个函数拆分开就行。

return 语句是把值从被调函数返回给调用者的机制。任何表达式都能跟在return后面：

return 表达式;

如有必要，表达式会被转换成函数的返回类型。表达式经常用括号括起来，不过这是可选的。

调用者函数可以自由地忽略返回值。更进一步地说，return后面不必有表达式；这种情况下没有值被返回给调用者。而当执行到函数最末尾的右大括号时，控制流程也同样返回给了调用者，并且不带返回值。如果一个函数在某些地方返回值，但在另一些地方不返回值，这不会不合法，但可能是麻烦的信号。不管怎样，如果一个函数无法返回值，它的“值”一定是垃圾值。

上面的样式搜索程序从main中返回一个状态，即匹配的次数。这个值对调用程序的环境来说是有价值的。

对于如何编译并加载有多个源文件的C程序，不同的系统有不同的机制。例如，在UNIX系统下是用第一章提到的 cc 命令。假设三个函数分别位于三个文件 main.c ，getline.c 和 strindex.c中，则命令

cc main.c getline.c strindex.c

会编译三个文件，并将目标代码分别放到 main.o， getline.o 和 strindex.o 三个文件内，然后将它们都加载到一个叫做 a.out 的可执行文件中。如果其中某个文件存在错误，假设就是main.c，则这个文件可以（修改后再次）单独编译，并将编译结果和之前成功的目标文件一起加载，使用如下命令：