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【C】函数和递归的使用

时间：2023-03-13 20:32:28浏览次数：43  
标签：arr return 函数 递归 int 使用 printf


1、函数是什么？

数学中我们常见到函数的概念。但是你了解C语言中的函数吗？ 维基百科中对函数的定义：子程序 在计算机科学中，子程序（英语：Subroutine, procedure, function, routine, method, subprogram, callable unit），是一个大型程序中的某部分代码， 由一个或多个语句块组成。它负责完成某项特定任务，而且相较于其他代码，具备相对的独立性。 一般会有输入参数并有返回值，提供对过程的封装和细节的隐藏。这些代码通常被集成为软件库。

2、 C语言中函数的分类：

库函数

为什么会有库函数？

  1. 我们知道在我们学习C语言编程的时候，总是在一个代码编写完成之后迫不及待的想知道结果，想把这个结果打印到我们的屏幕上看看。这个时候我们会频繁的使用一个功能：将信息按照一定的格式打印到屏幕上（printf）。
  2. 在编程的过程中我们会频繁的做一些字符串的拷贝工作（strcpy）。
  3. 在编程中我们也计算，总是会计算n的k次方这样的运算（pow）。 像上面我们描述的基础功能，它们不是业务性的代码。 我们在开发的过程中每个程序员都可能用的到，为了支持可移植性和提高程序的效率，所以C语言的基础库中提供了一系列类似的库函数，方便程序员进行软件开发。

注： 使用库函数，必须包含 #include 对应的头文件。

如何学会使用库函数？

我们不需要将库函数全部记住，但是使用库函数需要学会查询工具的使用，这就要用到如下网址：

​​www.cplusplus.com​​

​​http://zh.cppreference.com​​

这里参照网站一进行 strcpy和memset 两个库函数的学习：

【C】函数和递归的使用_#include

【C】函数和递归的使用_#include_02

strcpy函数的演示：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main() {
  char arr1[30] = { 0 };
  char arr2[] = "abcd";

  strcpy(arr1, arr2);

  printf("%s %s\n", arr1, arr2);

  return 0;
}

【C】函数和递归的使用_#include_03

由运行结果可知，strcpy将arr2中的字符串复制到了arr1

memset库函数的演示：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main() {
  char arr[20] = "abcd";

  memset(arr, 'y', 3);
  printf("%s\n", arr);

  return 0;
}

【C】函数和递归的使用_#include_04

这个函数此时的效果是，从arr指向的元素开始，往后的3个元素替换成y 很多技术文章都需要去英文网站查阅，所以英文很重要。最起码得看懂文献 初期可以借助浏览器插件或者qq截图工具进行翻译

3. 自定义函数

如果库函数能干所有的事情，那还要程序员干什么？所以更加重要的是自定义函数。 自定义函数和库函数一样，有函数名，返回值类型和函数参数。 但是不一样的是这些都是我们自己来设计。这给程序员一个很大的发挥空间。 函数的组成：

ret_type fun_name(para1,para2)
{
 statement;//语句项
}
ret_type 返回类型
fun_name 函数名
para1  para2  函数参数

我们举一个例子：写一个函数可以找出两个整数中的最大值。

#include <stdio.h>
//get_max函数的设计
int get_max(int x, int y) {
 return (x>y)?(x):(y);
}
int main()
{
 int num1 = 10;
 int num2 = 20;
 int max = get_max(num1, num2);
 printf("max = %d\n", max);
 return 0; }

再举个例子：（这个例子看不懂直接往后看，还会作介绍）写一个函数可以交换两个整形变量的内容。

#include <stdio.h>
//实现成函数，但是不能完成任务
void Swap1(int x, int y) //形参，对形参的修改不会影响实参。 后面我们会介绍形参和实参
{
  int tmp = 0;
  tmp = x;
  x = y;
  y = tmp;
}

//正确的版本
void Swap2(int* px, int* py)
{
  int tmp = 0;
  tmp = *px;
  *px = *py;
  *py = tmp;
}

int main()
{
  int num1 = 1;
  int num2 = 2;

  Swap1(num1, num2);//传值      后面介绍
  printf("Swap1::num1 = %d num2 = %d\n", num1, num2);

  Swap2(&num1, &num2);//传址      后面介绍
  printf("Swap2::num1 = %d num2 = %d\n", num1, num2);

  return 0;
}

4. 函数的参数

3.1 实际参数（实参）：

真实传给函数的参数，叫实参。实参可以是：常量、变量、表达式、函数等。 无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参。

3.2 形式参数（形参）：

形式参数是指函数名后括号中的变量，因为形式参数只有在函数被调用的过程中才实例化（分配内存单元），所以叫形式参数。形式参数当函数调用完成之后就自动销毁了。因此形式参数只在函数中有效。 上面 Swap1 和 Swap2 函数中的参数 x，y，px，py 都是形式参数。 在main函数中传给 Swap1 的 num1 ，num2 和传给 Swap2 函数的 &num1 ， &num2 是实际参数。 这里我们对函数的实参和形参进行分析： 可以看到 Swap1 函数在调用的时候， x ， y 拥有自己的空间，同时拥有了和实参一模一样的内容。 所以我们可以简单的认为：形参实例化之后其实相当于实参的一份临时拷贝。

5. 函数的调用：

:star:传值调用函数的形参和实参分别占有不同内存块，对形参的修改不会影响实参。 :star: 传址调用传址调用是把函数外部创建变量的内存地址传递给函数参数的一种调用函数的方式。 这种传参方式可以让函数和函数外边的变量建立起真正的联系，也就是函数内部可以直接操 作函数外部的变量。 :star:写一个函数可以交换两个整形变量的内容（传值与传址的对比实例）。

#include <stdio.h>
//实现成函数，但是不能完成任务
void Swap1(int x, int y) //形参，对形参的修改不会影响实参。 
{
  int tmp = 0;
  tmp = x;
  x = y;
  y = tmp;
}

//正确的版本
void Swap2(int* px, int* py)
{
  int tmp = 0;
  tmp = *px;
  *px = *py;
  *py = tmp;
}

int main()
{
  int num1 = 1;
  int num2 = 2;

  Swap1(num1, num2);//传值
  printf("Swap1::num1 = %d num2 = %d\n", num1, num2);

  Swap2(&num1, &num2);//传址
  printf("Swap2::num1 = %d num2 = %d\n", num1, num2);

  return 0;
}

【C】函数和递归的使用_递归_05

由上代码运行结果可知： 函数Swap1进行了传值调用，没有实现num1和num2值的交换（形参的改变未影响到实参） 函数Swap2进行了传址调用，实现了num1和num2值的交换（形参的改变影响到实参） :star:得出结论：不通过自定义函数改变外部变量的值时使用传值调用，通过函数改变外部变量时就使用传址调用。

4.3 练习

1.写一个函数可以判断一个数是不是素数。

#include<stdio.h>
#include<math.h>

int is_primer(int n) {
  int j = 0;
  for (j = 2; j <= sqrt (n); j++)
  {
    if (n % j == 0)
    {
      return 0;
    }
  }
  return 1;
}
int main() {
  int i=0;
  for(i=100;i<=200;i++)
  {
    if (is_primer(i) == 1)
    {
      printf("%d ", i);
    }
  }
}

2.写一个函数判断一年是不是闰年。

思路：函数原型设计返回值：必须要有返回值，返回结果为0说明不是闰年，为非0说明时闰年 参数：年份

十年一闰百年不闰：即如果year能够被4整除，但是不能被100整除，则year是闰年每四百年再一闰：如果year能够被400整除，则year是闰年

具体实现：请参考以下代码

#include<stdio.h>
int is_leap_year(int year) 
{
  if (((year % 4 == 0) && (year % 100 != 0)) || (year % 400 == 0) )
  {
        return 1;
  }
  return 0;
}
int main() 
{
  int y = 0;
  for (y = 1000; y <= 2000; y++)
  {
    if (is_leap_year(y) == 1)
    {
      printf("%d ", y);
    }
  }
}

// 对以上代码进行简化

3.写一个函数，实现一个整形有序数组的二分查找。

int binary_search(int arr[], int k, int sz)//形参arr看上去是数组，本质是指针变量
{
  int left = 0;
  int right = sz - 1;

  while (left<=right)
  {
    int mid = left + (right - left) / 2;
    if (arr[mid] < k)
    {
      left = mid + 1;
    }
    else if (arr[mid] > k)
    {
      right = mid - 1;
    }
    else
    {
      return mid;//找到了返回下标
    }
  }

  return -1;//找不到
}

int main()
{
  int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  //            0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
  int k = 7;
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

  //找到了，返回下标
  //找不到，返回-1

  int ret = binary_search(arr, k, sz);
  if (ret == -1)
  {
    printf("找不到\n");
  }
  else
  {
    printf("找到了，下标是:%d\n", ret);
  }

  return 0;
}

6. 函数的嵌套调用和链式访问

函数和函数之间可以根据实际的需求进行组合的，也就是互相调用的。

6.1 嵌套调用

函数可以嵌套调用，但是不能嵌套定义。

#include <stdio.h>

void new_line()
{
    printf("hehe\n");
}

void three_line()
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        new_line();
    }
}

int main()
{
    three_line();
    return 0;
}

6.2 链式访问

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
    char arr[20] = "hello";
    int ret = strlen(strcat(arr, "ace"));
    printf("%s\n", arr);
    printf("%d\n", ret);

    printf("%d\n",printf("%d",printf("%d",43)));//从内层向外层执行
    return 0; //注：printf函数的返回值是打印在屏幕上字符的个数
}

strlen函数的返回值是字符串的长度printf函数的返回值是打印在屏幕上字符的个数

7. 函数的声明和定义

7.1 函数声明：

  • 告诉编译器有一个函数叫什么，参数是什么，返回类型是什么。但是具体是不是存在，函数 声明决定不了。
  • 函数的声明一般出现在函数的使用之前。要满足先声明后使用。
  • 函数的声明一般要放在头文件中的。

7.2 函数定义：

函数的定义是指函数的具体实现，交待函数的功能实现。

test.h的内容放置函数的声明

#ifndef __TEST_H__
#define __TEST_H__
//函数的声明
int Add(int x, int y);
#endif //__TEST_H__

test.c的内容放置函数的实现

#include "test.h"
//函数Add的实现
int Add(int x, int y) {
 return x+y; }

这种分文件的书写形式，在三字棋和扫雷的时候，再分模块来写。

8.函数递归

8.1 什么是递归？

程序调用自身的编程技巧称为递归（ recursion）。递归做为一种算法在程序设计语言中广泛应用。 一个过程或函数在其定义或说明中有直接或间接调用自身的一种方法，它通常把一个大型复杂的问题层层转化为一个与原问题相似的规模较小的问题来求解，递归策略 只需少量的程序就可描述出解题过程所需要的多次重复计算，大大地减少了程序的代码量。递归的主要思考方式在于：把大事化小

8.2 递归的两个必要条件

  • 存在限制条件，当满足这个限制条件的时候，递归便不再继续。
  • 每次递归调用之后越来越接近这个限制条件。

8.2.1 练习1：

接收一个整型值（无符号），按照顺序打印它的每一位。例如：输入：1234，输出 1 2 3 4. 参考代码：

#include <stdio.h>
void print(int n) {
 if(n>9)
 {
 print(n/10);
 }
 printf("%d ", n%10);
}
int main()
{
 int num = 1234;
 print(num);
 return 0; }

8.2.2 练习2：（画图讲解）

编写函数不允许创建临时变量，求字符串的长度。参考代码：非递归一般求字符串长度

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int my_strlen(char* arr) 
{
  int count = 0;
  while (*arr != 0)
  {
    arr++;
  count++;
  }
  return count;
}
int main() 
{
  char arr[] = "abc";
  int len = my_strlen(arr);
  printf("%d\n", len);
}

不允许创建临时变量，递归

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

int main() {
  char arr[] = "abc";
  int len = my_strlen(arr);
  printf("%d\n", len);
}

顾名思义递归分为递推和回归过程如下：

【C】函数和递归的使用_递归_06

8.3 递归与迭代

8.3.1 练习3： 求n的阶乘。（不考虑溢出）

参考代码：

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

8.3.2 练习4：

求第n个斐波那契数。（不考虑溢出）//求第n个斐波那契数//斐波那契数列，前两个数相加等于第三个数 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 ……

【C】函数和递归的使用_库函数_07

参考代码：

//求第n个斐波那契数
//斐波那契数列，前两个数相加等于第三个数
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 ……
//递归
int fib(n) {
  if (n <= 2)
    return 1;
  else
    return fib(n - 1) + fib(n - 2);
}
int main() {
  int n = 0;
  scanf("%d", &n);
  int ret = fib(n);
  printf("%d", ret);
  return 0;
}

输出：

【C】函数和递归的使用_库函数_08

如图用上述递归代码计算第50个斐波那契数，久久没有算出，原因是需要进行如下数不清的重复计算 计算第50个需要计算第49和第48个，而要想知道第48个又需要计算第46和第47个 要想知道第49个又需要计算第47和第48个，只这一步47就重复计算了两次，而下面重复运算越来越多

【C】函数和递归的使用_库函数_09

为了证明如上结论 下图我们将计算要想得到第40个斐波那契数需要计算多少个3的斐波那契数

【C】函数和递归的使用_#include_10

那我们如何改进呢？

  • 在调试 factorial 函数的时候，如果你的参数比较大，那就会报错： stack overflow（栈溢出）这样的信息。系统分配给程序的栈空间是有限的，但是如果出现了死循环，或者（死递归），这样有可能导致一直开辟栈空间，最终产生栈空间耗尽的情况，这样的现象我们称为栈溢出。 那如何解决上述的问题：
  1. 将递归改写成非递归。
  2. 使用static对象替代 nonstatic 局部对象。在递归函数设计中，可以使用 static 对象替代nonstatic 局部对象（即栈对象），这不仅可以减少每次递归调用和返回时产生和释放 nonstatic 对象的开销，而且 static 对象还可以保存递归调用的中间状态，并且可为各个调用层所访问。

尝试非递归代码：

【C】函数和递归的使用_递归_11

逻辑是a+b=c，即前两个数的和等于第三个数 运用循环 每计算一次后将b的值赋给a，将c的值赋给b，再计算a+b的值赋给c 代码如下：

//非递归
int fib(n) 
{
  int a = 1;
  int b = 1;
  int c = 1;
  while (n > 2)
  {
    c = a + b;
    a = b;
    b = c;
    n--;
  }
  return c;
}
int main() {
  int n = 0;
  scanf("%d", &n);
  int ret = fib(n);
  printf("%d", ret);
}

运用如上非递归代码，我们即使是计算第50000个斐波那契数也只是一瞬间的事，但是由于数值太大，数据会溢出，所以得出的值不正确。最终我们得出：

  1. 许多问题是以递归的形式进行解释的，这只是因为它比非递归的形式更为清晰。
  2. 但是这些问题的迭代实现往往比递归实现效率更高，虽然代码的可读性稍微差些。
  3. 当一个问题相当复杂，难以用迭代实现时，此时递归实现的简洁性便可以补偿它所带来的运行时开销。

结语：

希望以上内容对大家有所帮助:eyes:，如有不足望指出:pray:

标签：arr,return,函数,递归,int,使用,printf
From： https://blog.51cto.com/u_15992140/6118655

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