详解C语言中的函数、数组与指针

Z时代
2024-01-10
分类：综合

1、函数：当程序很小的时候，我们可以使用一个main函数就能搞定，但当程序变大的时候，就超出了人的大脑承受范围，逻辑不清了，这时候就需要把一个大程序分成许多小的模块来组织，于是就出现了函数概念；

　　　　函数是C语言代码的基本组成部分，它是一个小的模块，整个程序由很多个功能独立的模块（函数）组成。这就是程序设计的基本分化方法；

　　(1) 写一个函数的关键：

　　　　函数定义：函数的定义是这个函数的实现，函数定义中包含了函数体，函数体中的代码段决定了这个函数的功能；

　　　　函数声明：函数声明也称函数原型声明，函数的原型包含三部分：函数名，返回值类型，函数参数列表，函数的声明是告诉使用函数的人，这个函数使用时应该传递给他什么样的参数，

　　　　　　　　　它会返回什么样类型的返回值。这些东西都是写函数的人在函数定义中规定好的，如果使用函数的人不参照这个原型来使用，就会出错，结果就会和你想的不一样；

　　　　函数调用：函数调用就是使用函数名来调用函数完成功能。调用时必须参照原型给函数传参，然后从函数得到适当的返回值作为结果；

　　(2) 函数的参数：函数调用的过程，其实就是实参传递给形参的一个过程。这个传递像是一次拷贝，实参（本质是一个变量）本身并没有进入到函数内，而是把自己的值复制了一份传给了函数中的形参，

　　　　　　　　　　在函数中参与运算，这种传参方法，就叫做传值调用；

　　　　形参：形式参数，在函数定义和函数声明中的参数列表中的参数都是形参；

　　　　实参：实际参数，函数调用中，实际传递的参数才是实参。

　　(3) 返回值(关键字return)：当函数执行完之后，会给调用该函数的地方返回一个值。这个值的类型就是函数声明中返回值类型，这个值就是函数体中最后一句return xxx;返回的那个值；

　　(4) 函数名：取函数名要注意以下几点：

　　　　第一，起名字时候不能随意，要符合规则，而这个规则分别有两个层次，即第一层是合法，第二层是合理。合法就是符号C语言中变量名的命名规则，合理就是变量名起的好，

　　　　　　　　人一看就知道什么意思，一看就知道这个函数是干嘛的；

　　　　第二，C语言中，所有的符号都是区分大小写的；

　　　　第三，C语言函数名的命名习惯。这个没有固定的结论，有多种使用都很广泛的命名方式如下：

　　　　　　　　linux的命名习惯：student_age　　str_to_int

　　　　　　　　骆驼命名法：studentAge　　strToInt

　　　　注：想进一步了解可以参考林锐的《高质量程序设计指南》；


// 简单计算器
#include <stdio.h>
int add(int a, int b);
int sub(int a, int b);
int mul(int a, int b);
int div(int a, int b);
int main(void)
{
  int a, b, c;
  a = 54;
  b = 32;
  c = add(a, b);
  //c = sub(a, b);
  //c = mul(a, b);
  //c = div(a, b);
  printf("c = %d.\n", c);
  printf("a - b = %d.\n", sub(a, b));
  return 0;
}
int add(int a, int b)
{
  return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
  return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
  return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
  return a / b;
}

2、数组：数组就是若干个数组成的一个组，数就是一个特定数据类型的变量，组就是说好多数放在了一起；

　　(1) 数组的定义：

　　　　int a[10]; 　　数组中元素类型数组名[数组元素个数];

　　　　注：数组中的所有元素都是同一种数据类型，不可能在一个数组中出现两种数据类型的数。

　　(2) 数组的使用：数组定义的时候是作为一个整体来定义的，但是使用的时候不能作为一个整体来使用，使用时必须拆开使用数组中的各个元素；

　　　　如：数组int a[10]，使用其中的十个元素，分别用a[0]……a[9]，其中[]是数组的标志，[]中的数字叫做数组的下标(index，索引)，下标是我们访问数组中各个元素的指引，

　　　　　　下标是0代表数组中第一个元素，下标是1代表数组第二个元素，以此类推，若数组长度为n，则下标中最后一个是n-1；

　　　　注：访问数组时要特别注意下标，下标是从0开始的，如果下标超出了n-1，会产生越界访问，结果是不可预期的；

　　(3) 数组的初始化：初始化是为了让对象有一个预定的初始状态，数组的初始化分两种：

　　　　第一种：完全初始化。依次赋值；

　　　　第二种：不完全初始化。初始化式中的值从a[0]开始，依次向后赋值，不足的默认用0填充赋值

　　(4) 不同数据类型的数组：　


　int a[3];　　　　　　// 整型数组
　　　　float b[3];　　　　　// 单精度浮点型数组
　　　　double c[3];　　　　// 双精度浮点型数组
　　　　char d[3];　　　　　// 字符型数组

　　(5) 字符数组：在C语言中引用一个单个字符时，应该用单引号''括起来，譬如'a'；

　　　　字符数组的初始化：定义数组同时初始化，则可以省略数组定义时[]中的长度。C语言编译器会自动推论其长度，推论依据是初始化式中初始化元素的个数；

　　　　引用字符串：在C语言中引用一个字符串时，应该用""括起来，如"abcde"，其中"abcde"实际上有6个字符，分别是'a' 'b' 'c' 'd' 'e' '\0'；

　　　　　　　　　　'\0' 是C语言中定义的字符串的结尾标志，这个字符是ASCII码表中的第一个字符，它的编码值是0，对应的字符是空字符(不可见字符)；


// 数组的演示
#include <stdio.h>
int main(void)
{
  int a[4];
  a[0] = 23;
  a[1] = 54;
  a[2] = 98;
  a[3] = 74;
  printf("a[1] = %d, a[3]= %d.\n", a[1], a[3]);
  return 0;
}


// 字符数组的演示
#include <stdio.h>
int main(void)
{
/*
  int i = 0;
  //char a[5];
  //char a[5] = {'a', 'b', 'c', 'd', 'e'};
  //char a[5] = {97, 98, 99, 100, 101};
  //char a[] = {97, 98, 99, 100, 101};
  char a[] = "abcde";
  for (i=0; i<5; i++)
  {
    printf("a[%d] = %d  %c\n", i, a[i], a[i]);
  }
*/
  int i = 0;
  char a[] = {97, 98, 99, 100, 101};
  char b[] = "abcde";
  printf("sizeof(a) = %d, sizeof(b) = %d.\n", sizeof(a), sizeof(b));
  return 0;
}

3、指针：全称是指针变量，其实质是C语言的一种变量。这种变量比较特殊，通常它的值会被赋值为某个变量的地址值(p = &a)，然后我们可以使用*p这样的方式去间接访问p所指向的那个变量；

　　(1) 指针存在的意义：可以间接访问。有了指针之后，我们访问变量a不必只通过a这个变量名来访问。而可以通过p = &a; *p = xxx;这样的方式来间接访问变量a；

　　(2) 两个重要的运算符：&和*

　　　　&：取地址符，将它加在某个变量前面，则组合后的符号代表这个变量的地址值；

　　　　如： int a; int *p; p = &a; 则将变量a的地址值赋值给p

　　　　　　a　　　　代表变量a本身

　　　　　　p　　　　代表指针变量p本身

　　　　　　&a　　　　代表变量a的地址值

　　　　　　*p　　　　代表指针变量p所指向的那个变量，也就是变量a

　　　　　　&p　　　　代表指针变量p本身的地址值，符号虽合法，但对题目无意义

　　　　　　*a　　　　把a看作一个指针，*a表示这个指针所指向的变量，该符号不合法

　　　　*：指针符号。指针符号在指针定义和指针操作的时候，解析方法是不同的；

　　　　　　int *p; 定义指针变量p，这里的*p含义不是代表指针变量p所指向的那个变量，在定义时这里的*含义是告诉编译器p是一个指针

　　　　　　*p = 0x24; 使用指针的时候，*p则代表指针变量p所指向的那个变量

　　(3) 指针的定义和初始化：

　　　　第一种：先定义再赋值

　　　　　　　　int *p;　　　　// 定义指针变量p

　　　　　　　　p = &a;　　　　// 给p赋值

　　　　第二种：定义的同时初始化

　　　　　　　　int *p = &a;　　// 效果等同于上面的两句

　　(4) 各种不同类型的指针：指针变量本质上是一个变量，指针变量的类型属于指针类型。int *p;定义了一个指针类型的变量p，这个p所指向的那个变量是int型；

　　　　int *pInt;　　　　　　// pInt是指针变量，指向的变量是int类型

　　　　char *pChar;　　　　// pChar是指针类型，指向的变量是char类型

　　　　float *pFloat;

　　　　double *pDouble;

　　　　注：各种指针类型和它们所指向的变量类型必须匹配，否则结果不可预知；

　　(5) 指针定义的两种理解方法：

　　　　int *p;

　　　　第一种(推荐)：首先看到p，这个是变量名；其次，p前面有个*，说明这个变量p是一个指针变量；最后，*p前面有一个int，说明这个指针变量p所指向的是一个int型数据；

　　　　第二种：首先看到p，这个是变量名；其次，看到p前面的int *，把int *作为一个整体来理解，int *是一种类型(复合类型)，该类型表示一种指向int型数据的指针；

　　(6) 指针与数组的初步结合：

　　　　数组名：做右值时，数组名表示数组的首元素首地址，因此可以直接赋值给指针；

　　　　如：int a[10];其中a和&a[0]都表示数组首元素a[0]的首地址，而&a则表示数组的首地址；

　　　　注：数组首元素的首地址和数组的首地址是不同的，前者是数组元素的地址，而后者是数组整体的地址。两个东西的含义不同，但是数值上是相同的；

　　　　根据以上，我们知道可以用一个指针指向数组的第一个元素，这样就可以用间接访问的方式去逐个访问数组中的元素，这样访问数组就有了两种方式：

　　　　有 int a[5]; int *p; p = a;

　　　　数组的方式依次访问：a[0]　　a[1]　　a[2]　　a[3]　　a[4]

　　　　指针的方式依次访问：*p　　*(p+1)　　*(p+2)　　*(p+3)　　*(p+4)

　　(7) 指针与++ --符号进行运算：指针本身也是一种变量，因此也可以进行运算，但是因为指针变量本身存的是某个其他变量的地址值，因此该值进行* / %等运算是无意义的，

　　　　　　　　　　　　　　　　　故两个指针变量相加本身也无意义，但相减有意义。指针变量+1，-1是有意义的，+1就代表指针所指向的格子向后挪一格，-1代表指针所指向的格子向前挪一格。

　　　　*p++的解析：++先跟p结合，但是因为++后置的时候，本身含义就是先运算后增加1(运算指的是p++整体与前面的*进行运算；增加1指的是p+1)，所以实际上*p++符号整体对外表现的

　　　　　　　　　　　　值是*p的值，运算完成后p再加1；

　　　　*p++等同于：*p; p += 1;

　　　　*++p等同于：p += 1; *p;

　　　　(*p)++，使用()强制将*与p结合，只能先计算*p，然后对*p整体的值++

　　　　++(*p)，先*p取值，再前置++，该值+1后作为整个表达式的值


// 指针的定义、赋值及初始化
#include <stdio.h>
int main(void)
{
  int a = 23;
  int *p = &a;
  *p = 111;
  printf("a = %d\n", a);
  return 0;
}


// 用指针去访问数组
#include <stdio.h>
int main(void)
{
  int a[5] = {555, 444, 333, 222, 111};
  int *p;
  //p = &a;
  //p = &a[0];
  p = a;
  //p += 1;
  //printf("*p = %d.\n", *p);
  //printf("*p++ = %d.\n", *p++);
  //printf("*++p = %d.\n", *++p);
  //printf("(*p)++ = %d.\n", (*p)++);
  printf("++(*p) = %d.\n", ++(*p));
  return 0;
}

4、补充：变量与数据类型的实质

　　(1) 程序在环境中运行时，需要一定的资源支持，而这些资源包括：CPU(运算能力)、内存等，这些资源一般由运行时环境（一般是操作系统）来提供，比如我们在linux系统上./a.out运行程序时，

　　　　linux系统为我们提供了运算能力和内存；

　　(2) 程序越庞大，运行时消耗的资源越多，比如说内存额定占用，如果越大的程序，占用的内存肯定越多，而占用内存的其中之一，就是我们在程序中定义的变量；

　　(3) C语言程序中，变量的实质就是内存中的一个格子。当我们定义了一个变量后，就相当于在内存中得到了一个格子，而这个格子的名字就是变量名，

　　　　以后访问这个内存格子就只用使用该变量名就行了，这就是变量的本质；

　　(4) 数据类型的实质是内存中格子的不同种类。比如在32位的机器上：

　　　　短整形格子(short)　　　　　　　　　　占用2字节，即16位的空间

　　　　整形格子(int)　　　　　　　　　　　　占用4字节，即32位的空间

　　　　单精度浮点型格子(float)　　　　　　　占用4字节，即32位的空间

　　　　双精度浮点型格子(double)　　　　　　占用8字节，即64位的空间

　　　　字符型格子(char)　　　　　　　　　　　占用1字节，即8位的空间

　　(5) sizeof运算符：返回一个变量或者一个数据类型的内存占用长度，以字节为单位；


// sizeof运算符的演示
#include <stdio.h>
int main(void)
{
  int len;
  //len = sizeof(int);
  //len = sizeof(float);
  //len = sizeof(double);
  //len = sizeof(char);
  //double d;
  //len = sizeof(d);
  int a[5];
  //len = sizeof(a);
  len = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
  printf("len = %d.\n", len);
  return 0;
}