函数C语言大学实用教程课件苏小红.ppt

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1、第5章 函数与程序结构,哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院苏小红,C语言大学实用教程,内容提要,函数定义、函数调用、函数原型、函数返回值难点：函数的参数传递与返回值 全局变量、自动变量、静态变量、寄存器变量难点：变量的作用域与存储类型 程序调试结构设计与模块化 代码风格问题,程序设计的艺术,三国演义中有这样一段描写：懿问曰：“孔明寝食及事之烦简若何？”使者曰：“丞相夙兴夜寐，罚二十以上皆亲览焉。所啖之食，日不过数升。”懿顾谓诸将曰：“孔明食少事烦，其能久乎？”此话音落不久，诸葛亮果然病故于五丈原。“事无巨细”，“事必躬亲”管理学的观点是极其排斥这种做法的，认为工作必须分工，各司其职其中的思想，

2、在程序设计里也适用,程序设计的艺术,C语言为程序的结构提供了两样武器函数和模块函数（function）是结构设计的最基本单位“一个程序应该是轻灵自由的，它的子过程就象串在一根线上的珍珠。”Geoffrey James的编程之道,数学函数(1),自变量,因变量,函数名,数学函数(2),一个自变量，一个因变量,两个自变量，一个因变量,数学函数(3),自变量,因变量,数学函数(4),一个变量二个变量N个变量,一个变量二个变量N个变量,自变量与因变量的关系,数学函数(5),集合A,关系,集合B,程序设计中的函数,程序设计中的函数不局限于计算计算类，如打印阶乘表的程序判断推理类，如排序、查找,用函数解决

3、问题的要点,分而治之函数把较大的任务分解成若干个较小的任务，并提炼出公用任务复用程序员可以在其他函数的基础上构造程序，而不需要从头做起信息隐藏设计得当的函数可以把具体操作细节对程序中不需要知道它们的那些部分隐藏掉，从而使整个程序结构清楚,C中的函数(Function),说明:一个源程序文件由一个或多个函数组成。一个C程序由一个或多个源程序文件组成。C程序的执行从main函数开始，调用其他函数后流程回到main函数，在main函数中结束整个程序运行。所有函数都是平行的，即函数定义时是互相独立的，一个函数并不从属于另一个函数。,函数的分类,标准函数，即库函数 目前为止，我们所学习的printf()

4、、scanf()等都是ANSI C标准定义的库函数。任意符合ANSI C的编译器，不管它支持什么平台，都必须提供这些函数供用户使用。用户自定义函数 用户按自己的意愿编写自己的函数，完成人员功能。,函数的定义,变量必须先定义，后使用。函数也一样。函数定义的语法如下：返回值类型 函数名(类型 参数1,类型 参数2,)函数体return 表达式;返回值类型与return语句配合当函数执行到return语句时，就中止函数的执行，返回到调用它的地方函数名的命名规则和变量名的命名规则一致。,函数的返回值是通过函数中的 return 语句获得的。,函数定义（definition）,如果没有参数，则应该用vo

5、id注明其形如：如果不需要返回值，则应该用void定义返回值类型其形如：函数内部可以定义只能由该函数自己使用的变量，称内部变量。参数表里的变量也是内部变量,int Func(void),void Func(int i,float f),函数参数,函数参数:形参(形式参数):在定义函数时，定义函数名后面括号中的变量名实参(实际参数):在主调函数中调用一个函数，调用函数名后面括号中的参数(或表达式),实参,形参,函数调用（call）,从实参到形参是单向值传递 调用时会把实参的值分别复制给形参，这个过程就是值传递。调用函数时，必须提供所有的参数（且必须是已赋值的）提供的参数个数、类型、顺序应与定义时

6、相同,例5.1a 计算两个整数的平均数,/*函数功能：计算平均数 函数入口参数：整型x，存储第一个运算数 整型y，存储第二个运算数 函数返回值：平均数*/int Average(int x,int y)int result;result=(x+y)/2;return result;,例5.1b 使用了Average函数的main(),main()int a=12;int b=24;int ave;ave=Average(a,b);printf(Average of%d and%d is%d.n,a,b,ave);,函数调用（call）,有返回值时函数调用可以放到一个数值表达式中如 c=max(

7、a,b);也可作为另一个函数调用的参数如 c=max(max(a,b),c);printf(%dn,max(a,b);无返回值时函数调用可直接作为表达式如 display(a,b);,函数原型（prototype）,调用一个函数之前，先要对其返回值类型、函数名和参数进行声明（declare）有助于编译器进行类型检查声明时不要省略参数以及返回值的类型,例5.1,#include/*函数功能：计算平均数 函数入口参数：整型x，存储第一个运算数 整型y，存储第二个运算数 函数返回值：平均数*/main()int a=12;int b=24;int ave=Average(a,b);printf(Av

8、erage of%d and%d is%d.n,a,b,ave);,当返回值为整型或者函数定义在函数调用前面时，可以省略原型,int Average(int x,int y)int result;result=(x+y)/2;return result;,例5.1,#include/*声明Average()函数*/main()int a=12;int b=24;int ave=Average(a,b);printf(Average of%d and%d is%d.n,a,b,ave);/*函数功能：计算平均数 函数入口参数：整型x，存储第一个运算数 整型y，存储第二个运算数 函数返回值：平均数

9、*/int Average(int x,int y)int result;result=(x+y)/2;return result;,int Average(int x,int y);,main()a();,a 函数b();return;,b函数return;,在被调函数中，又调用了函数-嵌套调用,函数的嵌套调用,循序渐进式编程实验4：小学生加法考试题,通过输入两个加数给学生出一道加法运算题,输入答案正确:right错误:Not correct!Try again!,循序渐进式编程实验4：小学生加法考试题,void Print(int flag)if(flag)printf(Right!n);

10、else printf(Not correct!n);,实验4：小学生加法考试题,/*函数功能：计算两整型数之和，如果与用户输入的答案相同，则返回1，否则返回0 函数参数：整型变量a和b，分别代表被加数和加数 函数返回值：当a加b的结果与用户输入的答案相同时，返回1，否则返回0*/int AddTest(int a,int b)int answer;printf(%d+%d=,a,b);scanf(%d,main()int a,b,answer;printf(Input a,b:);scanf(%d,%d,do while(answer=0);,实验4：小学生加法考试题,main()answe

11、r=AddTest(a,b);Print(answer,chance);,chance=0;do chance+;while(answer=0,实验4：小学生加法考试题,srand(time(NULL);error=0;score=0;for(i=0;i10;i+)a=rand()%10+1;b=rand()%10+1;answer=AddTest(a,b);Print(answer);if(answer=1)score=score+10;else error+;,实验4：小学生加法考试题,作业,P180，习题5.35.4,函数与类型,C语言规定：返回表达式的类型必须能转换到函数定义头部的返回

12、值类型。执行返回语句时，表达式求出的值先转换到函数头部要求的类型，以转换的结果作为实际返回值。举例来说，在下面的函数定义里，return语句求出表达式的值之后就需要做类型转换：int fun(int m)return 3.14159*m;,函数与类型,要求每个实参的值应该能转换到函数参数表里规定的类型。如果某个实参的类型与函数的要求不一致，首先转换该实参求出的值，而后将得到的结果送给函数。例如，对上面的函数fun，下面调用中也要做类型转换：x=fun(3.09);,int f(int n,float m)return(m+n)/4;int main()float y=3;printf(%dn,

13、f(y,y+1);return 0;,下面的程序在执行时，哪些地方将发生类型转换？程序打印的值是什么？,命名规则,在Linux/Unix平台习惯用function_name 本书采用Windows风格函数名命名用大写字母开头、大小写混排的单词组合而成 FunctionName 变量名形式“名词”或者“形容词+名词”如变量名oldValue与newValue等函数名形式“动词”或者“动词+名词”（动宾词组）如函数名GetMax()等,对函数接口加以注释说明,/*函数功能：实现功能 函数参数：参数1，表示 参数2，表示 函数返回值：*/返回值类型 函数名(参数表)函数体return 表达式;,主函

14、数mainmain的返回值规定为int。这个返回值在程序结束时送给外部。程序外部（如操作系统）可用这个值一般用返回0表示程序正常结束，其他值表示出错main以外的函数只有被调用时才会执行不允许调用main,int main()/*一般写法*/.return 0;,变量的作用域,指在源程序中定义变量的位置及其能被读写访问的范围分为局部变量（Local Variable）全局变量(Global Variable)演示变量的作用域规则例5.4,局部变量,局部变量在语句块内定义的变量形参也是局部变量特点定义时不会自动初始化，除非程序员指定初值进入语句块时获得内存，仅能由语句块内语句访问，退出语句块时释

15、放内存，不再有效 并列语句块各自定义的同名变量互不干扰,全局变量,全局变量在所有函数之外定义的变量特点在程序中定义它的位置以后都有效在定义点之前或在其他文件中引用，应该进行如下声明：extern 类型名 变量名;从程序运行起即占据内存，程序运行过程中可随时访问，程序退出时释放内存 使函数之间的数据交换更容易，也更高效但是并不推荐使用，尽量少用因为谁都可以改写全局变量，所以很难确定是谁改写了它,例5.7,#include int global;/*定义全局变量*/void GlobalPlusPlus(void);main()global=1;printf(Before GlobalPlusPl

16、us(),it is%dn,global);GlobalPlusPlus();printf(After GlobalPlusPlus(),it is%dn,global);/*函数功能：对全局变量global加1，并打印加1之前与之后的值 函数入口参数：无 函数返回值：无*/void GlobalPlusPlus(void)printf(Before+,it is%dn,global);global+;printf(After+,it is%dn,global);,Before GlobalPlusPlus(),it is 1Before+,it is 1After+,it is 2After

17、 GlobalPlusPlus(),it is 2,全局变量在程序员不指定初值的情况下自动初始化为零，在此初始化为0,例5.8,#include void GlobalPlusPlus(void);main()int global=1;printf(Before GlobalPlusPlus(),it is%dn,global);GlobalPlusPlus();printf(After GlobalPlusPlus(),it is%dn,global);/*函数功能：对局部变量global加1，并打印加1之前与之后的值 函数入口参数：无 函数返回值：无*/void GlobalPlusPlu

18、s(void)int global=1;printf(Before+,it is%dn,global);global+;printf(After+,it is%dn,global);,Before GlobalPlusPlus(),it is 1Before+,it is 1After+,it is 2After GlobalPlusPlus(),it is 1,变量的存储类型,指数据在内存中存储的方式即编译器为变量分配内存的方式，它决定变量的生存期动态存储根据需要临时分配存储空间，离开即释放静态存储在程序运行期间分配固定的存储空间不释放,程序区,静态存储区,动态存储区,形参、自动变量、函数调

19、用的现场等,全局变量、静态变量,自动变量（auto）,“自动”体现在进入语句块时自动申请内存，退出时自动释放内存 标准定义格式 auto 类型名 变量名;动态局部变量缺省的存储类型不初始化时，值是随机不确定的,静态变量（static）,一般的内部变量在函数退出后失效，再次进入函数，变量值重新初始化静态变量在变量类型前面用static修饰static int i;变量的值可以保存到下次进入函数，使函数具有记忆功能,例5.9,#include void Func(void);main()int i;for(i=0;i10;i+)Func();/*函数功能：打印被调用的次数 函数入口参数：无 函数返

20、回值：无*/void Func(void)int times=1;/*自动变量*/printf(Func()was called%d time(s).n,times+);,Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s

21、).Func()was called 1 time(s).Func()was called 1 time(s).,例5.9,#include void Func(void);main()int i;for(i=0;i10;i+)Func();/*函数功能：打印被调用的次数 函数入口参数：无 函数返回值：无*/void Func(void)static int times=1;/*静态局部变量*/printf(Func()was called%d time(s).n,times+);,Func()was called 1 time(s).Func()was called 2 time(s).Fu

22、nc()was called 3 time(s).Func()was called 4 time(s).Func()was called 5 time(s).Func()was called 6 time(s).Func()was called 7 time(s).Func()was called 8 time(s).Func()was called 9 time(s).Func()was called 10 time(s).,静态变量,静态变量和全局变量都是静态存储类型自动初始化为0从静态存储区分配，生存期为整个程序运行期间但作用域不同,程序区,静态存储区,动态存储区,形参、自动变量、函数调

23、用的现场等,全局变量、静态变量,寄存器变量（register）,寄存器CPU的内部容量很有限、但速度极快的存储器使用频率比较高的变量声明为register，可以使程序更小、执行速度更快register 类型名 变量名;register int i;现代编译器有能力自动把普通变量优化为寄存器变量，并且可以忽略用户的指定，所以一般无需特别声明变量为register,5.5 预处理,C程序编译的过程细分，可分为三步：预处理，编译，连接。,预处理程序是C系统的一部分，处理源程序的预处理命令行，产生修改后的源程序。“预处理”在编译之前进行，根据源代码中的预处理指令，在后台调整源代码。编译器编译的都是经过

24、预处理的代码。第一个非空白字符是#的行就是预处理命令行。,预处理程序包括以下几种：1、文件包含命令2、宏定义与宏替换3、条件保留命令,1、文件包含命令 把指定文件内容包含到当前源文件#include 形式1#include 文件名形式2,形式1用于包含系统头文件，预处理程序到指定目录找文件（通常指定几个系统文件目录）。这通常就是一个叫“include”的目录。形式2用于包含自己的文件。预处理程序先在源文件所在的目录里找，找不到时再到指定目录中去找。,处理过程：在文件系统中查找指定的文件，如果找到，就用找到的文件的内容替换该命令行。被包含文件里如有预处理行也会处理。前面实例都用包含命令，引进标准

25、头文件（.h 扩展名），它们在系统子目录里（目录名为 include或h），内容是标准函数原型、系统使用的符号常量定义等。注意：写程序时一定要包含必要的系统头文件。,包含这种文件相当于在源文件中写这些函数原型，使编译程序能正确完成对标准库函数调用的处理。,2、宏定义与宏替换#define开始，两种形式：1）简单宏定义；2）带参数宏定义；简单宏定义，形式：作用：为宏名字定义替代，由整个替代正文构成。替代正文可以是任意正文序列，到换行为止。,#define 宏名字 替代正文,预处理程序记录宏名字及其替代。在源程序中遇到宏名字标识符时，就用替代正文替换。宏展开/宏替换。替代正文里的宏名字还继续展开。

26、字符串不做宏替换。,人们也用这种方式定义符号常量。#define NUM 30,替代正文可以写任何东西。若定义：#define SLD static long double程序中的：SLD x=2.4,y=9.16;替换后变成：static long double x=2.4,y=9.16;,#define NOSTOP while(1)预处理程序做正文替换，替代正文可以是任何东西。,带参数宏定义，形式：说明：宏名字与括号间不能有空格，逗号分隔的标识符看作参数。替换正文为任意正文序列。使用形式与函数调用类似（但本质不同），以类似参数的形式给出宏参数的替代段，用逗号分隔，称为宏调用。举例：#de

27、fine min(A,B)(A)(B)?(A):(B)z=min(x+y,x*y);,#define 宏名字(参数列表)替代正文,宏调用的替换分两步展开：先用各实参替代宏定义替代正文里的参数；再将代换的结果代入宏调用位置。#define min(A,B)(A)(B)?(A):(B)z=min(x+y,x*y);,预处理中将被展开为：z=(x+y)(x*y)?(x+y):(x*y);,例如书P179页的展开式,注意：宏展开可能引起参数多次计算。如：z=min(n+,m+);展开后的形式是：z=(n+)(m+)?(n+):(m+),替代正文各参数和整段应括起，避免出错。例：#define squa

28、re(x)x*x在特定环境下可能出问题，例如：z=square(x+y);,使用带参宏与调用函数的意义不同。程序加工中在“当地”展开。程序执行中并没有调用动作，宏定义/调用中没有类型问题。一个宏能否使用/使用中发生什么/能否得到预期效果，完全看展开后的情况。,使用宏定义应注意：带参宏的展开可避免函数调用开销，但使程序变长。复杂宏定义展开后出错很难定位。应谨慎使用（尽量少使用）宏。写宏定义的常见错误是在定义行最后写分号。该分号 将被代入程序，有可能引起语法错误。宏定义从定义处起作用直到文件结束。一个文件里不允许对同一宏名字重复定义。,#undef取消已有定义：,#undef 宏名字,3、条件保留

29、命令 预处理命令还有剪裁代码的能力，使某些代码仅在特定条件成立时才会被编译进可执行文件，可由以下命令组合实现。#if#else#elif#endif#if/#elif要求一个静态整型表达式另两个单独成行作用是划出源程序中一些片段：条件成立时保留，否则丢掉根据条件成立与否从两段中取一段根据多个条件决定从多段中取一段,条件应该是整数表达式，0表示条件不成立，否则条件成立。常用=、!=做判断。,例子：#if TESTprintf(.);#endif,例,谓词defined。使用形式：defined 标识符或 defined(标识符)当标识符是有定义的宏名字时，defined(标识符)得到1，否则得0

30、,#ifdef 标识符 相当于#if defined(标识符)#ifndef 标识符 相当于#if!defined(标识符)例,条件编译是C语言中一个非常重要的功能，几乎所有的大型软件都会用到。比如轻松修改几个宏定义，就让编译后的代码含有或者不含有某些功能，以避免不必要的浪费。提供文件包含命令、宏定义与宏替换、条件保留命令，以及很多我们尚未谋面的指令这些预处理命令都是为了我们编程方便。,模块化程序设计方法,什么时候需要模块化？某一功能，如果重复实现3遍以上，即应考虑模块化，将它写成通用函数，并向小组成员发布要尽可能复用其它人的现成模块。,习题5.5,计算复用Factorial函数的代码unsi

31、gned long Factorial(unsigned int number);main()unsigned int m,k;unsigned long p;printf(Please input m,k:);scanf(%u,%u,用函数完成此题,先由计算机“想”一个1到100之间的数请人猜。如果猜对了，显示“正确！”，并赞美一番；否则显示“错误！”，并提示所猜的数是大了还是小了。最多可以猜7次。如7次仍未猜中，则停止本次猜数，并告知游戏者。每次运行程序可以反复猜多个数，直到游戏者想停止时才结束。,程序框架流程,开始,结束,初始化,退出处理,主功能,为程序运行所作的准备工作,程序的主体功能

32、,在退出前要做的事情，如打印结果资源释放,主功能 猜数字,开始,结束,生成数字,猜数字,是否继续？,N,Y,开始,结束,猜得对吗？,N,Y,提示大小,次数7？,输入数字,N,Y,模块化程序设计方法,功能分解自顶向下、逐步求精的过程模块分解的原则保证模块的相对独立性高聚合、低耦合模块的实现细节对外不可见外部：关心做什么内部：关心怎么做设计好模块接口接口是指罗列出一个模块的所有的与外部打交道的变量等 定义好后不要轻易改动在模块开头（文件的开头）进行函数声明,函数设计的原则,函数的功能要单一，不要设计多用途的函数 函数的规模要小，尽量控制在50行代码以内1986年IBM在OS/360的研究结果：大多

33、数有错误的函数都大于500行1991年对148,000行代码的研究表明：小于143行的函数比更长的函数更容易维护参数和返回值的规则参数要书写完整，不要省略对函数的入口参数进行有效性检查没有参数和返回值时，用void填充每个函数只有一个入口和一个出口，尽量不使用全局变量尽量少用静态局部变量，以避免使函数具有“记忆”功能,模块和链接,将一个程序分解成若干个模块，分别放在几个源文件中，形成一个项目文件（.prj）（Project）然后，对每一个源文件（.c）分别单独进行编译再将它们的目标代码（.obj）连同标准函数库中的函数链接在一起，形成可执行文件（.exe）。模块之间通过互相调用函数联系起来头文

34、件（.h）是联系的纽带,模块和链接,例5.10可以不看将习题5.5修改成1个.h头文件（X5-5-1.h）2个.c源文件（X5-5-1.c，X5-5.c）1个.prj项目文件（X5-5.prj）由所有源程序文件组成X5-5-1.CX5-5.C参见实验指导书第133页,模块和链接,优点：当一个文件的代码被修改后，不必对所有程序重新编译，从而节省了程序的编译时间。使程序更宜于维护，给多个程序员共同编制一个大型项目的代码提供了方便手段。,软件测试,测试通过运行测试用例找出软件中的Bug测试的目的发现更多的Bug测试人员的主要任务站在使用者的角度，通过不断使用和攻击，尽量多的找出Bug如何提高可测试性

35、(tesability)一条语句写一行才容易测试,软件测试,测试只能证明程序有错，不能证明程序无错,测试的重要性测试人员水平越高，找到Bug的时间就越早，软件就越容易修复，产品发行就越稳定越大型的软件开发，测试人员占整个软件产品团队的总人数的比重就越大，甚至一半以上成功的测试在于发现迄今为止尚未发现的Bug,软件测试方法的分类,从代码和用户使用的角度分类覆盖性测试从代码特性的角度（即内部）出发的测试单元测试，功能测试，提交测试，基本验证测试，回归测试使用测试从用户的角度（即外部）出发的测试配置测试，兼容性测试，性能测试，Alpha和Beta测试，强力测试，文档和帮助文件测试,软件测试方法的分类

36、,第2种分类方法白盒测试（结构测试）在完全了解程序的结构和处理过程的情况下，按照程序内部的逻辑测试程序，检验程序中的每条通路是否都能按预定要求正确工作黑盒测试（功能测试）不考虑程序内部的结构和处理过程,软件测试方法的分类,第3种分类方法手工测试依靠人力来查找Bug自动测试编写一些测试工具，让他们自动运行来查找Bug优点：快，广泛缺点：只能检查一些最重要的问题，如内存泄漏、死机等，无法发现一般性的日常错误，而且编写测试工具的工作量很大,程序中常见的出错原因,编译错误指在编译过程中发现的错误，通常属于语法错误，即编写的语句不符合C语言的语法规则。Undefined symbol xxx 标识符xx

37、x未定义Expression syntax error 表达式语法错误Too few parameter in call 函数调用时的实参少于函数的形参,程序中常见的出错原因,运行错误指在程序运行时发生的错误往往是由于语义上的错误造成的，即语句虽然合乎语法，但要求计算机去做不该做或做不到的事情。例如当用0做除数时，运行后将显示“Division by zero”错误提示信息，并立即返回编辑屏幕。查看运行结果时，可在User screen（用户屏幕）上看到给出的错误提示信息。,程序中常见的出错原因,逻辑错误程序中有逻辑错时，不影响程序运行并得到运行结果，只是运行结果不正确。比较隐蔽，出错后不易查

38、找。累加求和运算时，累加和变量忘记了赋初值；累乘运算时，累乘变量初值赋值为0；函数声明时的返回值数据类型与实际返回的数据类型不一致，导致自动类型转换数组下标越界（即超出了定义的范围）；程序中存在死循环；,调试的基本方法,“粗分细找”定位大致的范围：归纳、推理、二分、排除缩减输入数据设法找到能导致失败的最小输入 采用注释的办法切掉一些代码减少有关的代码区域，调试无误后再将它们打开注释，即采用分而治之的策略将问题局部化 利用调试工具逐条语句跟踪插入打印语句观看屏幕输出结果,关于代码风格问题,缩进(indent)保证代码整洁、层次清晰的主要手段,int isprime(int n)int k,i;k

39、=sqrt(double)n);for(i=2;i=k;i+)if(n%i=0)return 0;return 1;,#includemain()int i;for(i=2;i100;i+)if(isprime(i)printf(%dt,i);,关于代码风格问题,良好风格的程序应严格采用梯形层次对应好各层次,int IsPrime(int n)int k,i;k=sqrt(double)n);for(i=2;i=k;i+)if(n%i=0)return 0;return 1;,#include main()int i;for(i=2;i100;i+)if(IsPrime(i)printf(%dt,i);,程序版式,现在的许多开发环境、编辑软件都支持“自动缩进”根据用户代码的输入，智能判断应该缩进还是反缩进，替用户完成调整缩进的工作VC中有自动整理格式功能只要选取需要的代码，按ALT+F8就能自动整理成微软的cpp文件格式,Cpp1.cpp,这一章我们学习了,函数的定义、调用变量的作用域、存储类自动变量（auto）外部变量（extern）静态变量（static）寄存器变量（register）程序调试方法,作业,P180，习题5.55.6,