Функция — это самостоятельная единица программы, которая спроектирована для реализации конкретной подзадачи.
Функция является подпрограммой, которая может содержаться в основной программе, а может быть создана отдельно (в библиотеке). Каждая функция выполняет в программе определенные действия.
Сигнатура функции определяет правила использования функции. Обычно сигнатура представляет собой описание функции, включающее имя функции, перечень формальных параметров с их типами и тип возвращаемого значения.
Семантика функции определяет способ реализации функции. Обычно представляет собой тело функции.
Определение функции
Каждая функция в языке Си должна быть определена, то есть должны быть указаны:
- тип возвращаемого значения;
- имя функции;
- информация о формальных аргументах;
- тело функции.
Определение функции имеет следующий синтаксис:
{
ТелоФункции;
…
return(ВозвращаемоеЗначение);
}
Пример: Функция сложения двух вещественных чисел
2
3
4
5
6
{
float y;
y=x+z;
return(y);
}
В указанном примере возвращаемое значение имеет тип float. В качестве возвращаемого значения в вызывающую функцию передается значение переменной y. Формальными аргументами являются значения переменных x и z.
Если функция не возвращает значения, то тип возвращаемого значения для нее указывается как void. При этом операция return может быть опущена. Такая функция называется процедурой.
Если функция не принимает аргументов, в круглых скобках также указывается void.
Различают системные (в составе систем программирования) и собственные функции.
Системные функции хранятся в стандартных библиотеках, и пользователю не нужно вдаваться в подробности их реализации. Достаточно знать лишь их сигнатуру. Примером системных функций, используемых ранее, являются функции printf() и scanf().
Собственные функции — это функции, написанные пользователем для решения конкретной подзадачи.
Разбиение программ на функции дает следующие преимущества:
- Функцию можно вызвать из различных мест программы, что позволяет избежать повторения программного кода.
- Одну и ту же функцию можно использовать в разных программах.
- Функции повышают уровень модульности программы и облегчают ее проектирование.
- Использование функций облегчает чтение и понимание программы и ускоряет поиск и исправление ошибок.
С точки зрения вызывающей программы функцию можно представить как некий «черный ящик», у которого есть несколько входов и один выход. С точки зрения вызывающей программы неважно, каким образом производится обработка информации внутри функции. Для корректного использования функции достаточно знать лишь ее сигнатуру.
Вызов функции
Общий вид вызова функции
Фактический аргумент — это величина, которая присваивается формальному аргументу при вызове функции. Таким образом, формальный аргумент — это переменная в вызываемой функции, а фактический аргумент — это конкретное значение, присвоенное этой переменной вызывающей функцией. Фактический аргумент может быть константой, переменной или выражением.
Если фактический аргумент представлен в виде выражения, то его значение сначала вычисляется, а затем передается в вызываемую функцию. Если в функцию требуется передать несколько значений, то они записываются через запятую. При этом формальные параметры заменяются значениями фактических параметров в порядке их следования в сигнатуре функции.
Возврат в вызывающую функцию
По окончании выполнения вызываемой функции осуществляется возврат значения в точку ее вызова. Это значение присваивается переменной, тип которой должен соответствовать типу возвращаемого значения функции.
Функция может передать в вызывающую программу только одно значение. Для передачи возвращаемого значения в вызывающую функцию используется оператор return в одной из форм:
Действие оператора следующее: значение выражения, заключенного в скобки, вычисляется и передается в вызывающую функцию. Возвращаемое значение может использоваться в вызывающей программе как часть некоторого выражения.
Оператор return также завершает выполнение функции и передает управление следующему оператору в вызывающей функции. Оператор return не обязательно должен находиться в конце тела функции.
Функции могут и не возвращать значения, а просто выполнять некоторые вычисления. В этом случае указывается пустой тип возвращаемого значения void, а оператор return может либо отсутствовать, либо не возвращать никакого значения:
Пример: Посчитать сумму двух чисел.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS // для возможности использования scanf
#include <stdio.h>
// Функция вычисления суммы двух чисел
int sum(int x, int y) // в функцию передаются два целых числа
{
int k = x + y; // вычисляем сумму чисел и сохраняем в k
return k; // возвращаем значение k
}
int main()
{
int a, r; // описание двух целых переменных
printf("a= ");
scanf("%d", &a); // вводим a
r = sum(a, 5); // вызов функции: x=a, y=5
printf("%d + 5 = %d", a, r); // вывод: a + 5 = r
getchar(); getchar(); // мы использовали scanf(),
return 0; // поэтому getchar() вызываем дважды
}Результат выполнения
В языке Си нельзя определять одну функцию внутри другой.
В языке Си нет требования, чтобы семантика функции обязательно предшествовало её вызову. Функции могут определяться как до вызывающей функции, так и после нее. Однако если семантика вызываемой функции описывается ниже ее вызова, необходимо до вызова функции определить прототип этой функции, содержащий:
- тип возвращаемого значения;
- имя функции;
- типы формальных аргументов в порядке их следования.
Прототип необходим для того, чтобы компилятор мог осуществить проверку соответствия типов передаваемых фактических аргументов типам формальных аргументов. Имена формальных аргументов в прототипе функции могут отсутствовать.
Если в примере выше тело функции сложения чисел разместить после тела функции main, то код будет выглядеть следующим образом:
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS // для возможности использования scanf
#include <stdio.h>
int sum(int, int); // сигнатура
int main()
{
int a, r;
printf("a= ");
scanf("%d", &a);
r = sum(a, 5); // вызов функции: x=a, y=5
printf("%d + 5 = %d", a, r);
getchar(); getchar();
return 0;
}
int sum(int x, int y) // семантика
{
int k;
k = x + y;
return(k);
}Функция может вернуть только одно значение. В случае если требуется вернуть более одного значения, остальные переменные, значения которых должны быть возвращены, передаются как местодержатели — указатели или ссылки.
Пример: поменять местами два числа.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
#include <stdio.h>
void swap(int* a, int* b) // аргументы передаются через указатели
{
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
return;
}
int main()
{
int a = 3, b = 5;
printf("a=%d b=%d\n", a, b);
swap(&a, &b); // передаем в функцию адреса переменных a и b
printf("a=%d b=%d\n", a, b);
getchar(); getchar();
return 0;
}Результат выполнения
Рекурсивные функции
Функция, которая вызывает сама себя, называется рекурсивной функцией.
Рекурсия — вызов функции из самой функции.
Пример рекурсивной функции — функция вычисления факториала.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS // для возможности использования scanf
#include <stdio.h>
int fact(int num) // вычисление факториала числа num
{
if (num <= 1) return 1; // если число не больше 1, возвращаем 1
else return num*fact(num - 1); // рекурсивный вызов для числа на 1 меньше
}
// Главная функция
int main()
{
int a, r;
printf("a= ");
scanf("%d", &a);
r = fact(a); // вызов функции: num=a
printf("%d! = %d", a, r);
getchar(); getchar();
return 0;
}Результат выполнения
Более подробно рекурсивные функции рассмотрены в этой статье.
Математические функции
Математические функции хранятся в стандартной библиотеке math.h. Аргументы большинства математических функций имеют тип double. Возвращаемое значение также имеет тип double. Углы в тригонометрических функциях задаются в радианах.
Основные математические функции стандартной библиотеки.
| Функция | Описание |
| int abs(int x) | Модуль целого числа x |
| double acos(double x) | Арккосинус x |
| double asin(double x) | Арксинус x |
| double atan(double x) | Арктангенс x |
| double cos(double x) | Косинус x |
| double cosh(double x) | Косинус гиперболический x |
| double exp(double x) | Экспонента x |
| double fabs(double x) | Модуль вещественного числа |
| double fmod(double x, double y) | Остаток от деления x/y |
| double log(double x) | Натуральный логарифм x |
| double log10(double x) | Десятичный логарифм x |
| double pow(double x, double y) | x в степени y |
| double sin(double x) | Синус x |
| double sinh(double x) | Синус гиперболический x |
| double sqrt(double x) | Квадратный корень x |
| double tan(double x) | Тангенс x |
| double tanh(double x) | Тангенс гиперболический x |
Особенности использования функций в языке C++ рассмотрены в этой статье.
