Функции. Передача аргументов по значению и по ссылке

Объявление и определение функций

Язык C как и большинство других языков программирования позволяет создавать программы, состоящие из множества функций, а также из одного или нескольких файлов исходного кода. До сих пор мы видели только функцию main(), которая является главной в программе на C, поскольку выполнение кода всегда начинается с нее. Однако ничего не мешает создавать другие функции, которые могут быть вызваны из main() или любой другой функции. В этом уроке мы рассмотрим создание только однофайловых программ, содержащих более чем одну функцию.

При изучении работы функций важно понимать, что такое локальная и что такое глобальная переменные. В языке программирования C глобальные (внешние) переменные объявляются вне какой-либо функции. С их помощью удобно организовывать обмен данными между функциями, однако это считается дурным тоном, т.к. легко запутывает программу. Локальные переменные в языке программирования C называют автоматическими. Область действия автоматических переменных распространяется только на ту функцию, в которой они были объявлены. Параметры функции также являются локальными переменными.

Структурная организация файла программы на языке C, содержащего несколько функций, может выглядеть немного по-разному. Так как выполнение начинается с main(), то ей должны быть известны спецификации (имена, количество и тип параметров, тип возвращаемого значения) всех функций, которые из нее вызываются. Отсюда следует, что объявляться функции должны до того, как будут вызваны. А вот определение функции уже может следовать и до и после main(). Рассмотрим такую программу:

#include <stdio.h>
 
// объявление функции
float median (int a, int b); 
 
int main () {
    int num1 = 18, num2 = 35;
    float result;
 
    printf("%10.1f\n", median(num1, num2));
    result = median(121, 346);
    printf("%10.1f\n", result);
    printf("%10.1f\n", median(1032, 1896));
}
 
// определение функции
float median (int n1, int n2) {
    float m;
 
    m = (float) (n1 + n2) / 2;
    return m;
}

В данном случае в начале программы объявляется функция median(). Объявляются тип возвращаемого ею значения (float), количество и типы параметров (int a, int b). Обратите внимание, когда объявляются переменные, то их можно группировать: int a, b;. Однако с параметрами функций так делать нельзя, для каждого параметра тип указывается отдельно: (inta, int b).

Далее идет функция main(), а после нее — определение median(). Имена переменных-параметров в объявлении функции никакой роли не играют (их вообще можно опустить, например, float median (int, int);). Поэтому когда функция определяется, то имена параметров могут быть другими, однако тип и количество должны строго совпадать с объявлением.

Функция median() возвращает число типа float. Оператор return возвращает результат выполнения переданного ему выражения; после return функция завершает свое выполнение, даже если далее тело функции имеет продолжение. Функция median() вычисляет среднее значение от двух целых чисел. В выражении (float) (n1 + n2) / 2 сначала вычисляется сумма двух целых чисел, результат преобразуется в вещественное число и только после этого делится на 2. Иначе мы бы делили целое на целое и получили целое (в таком случае дробная часть просто усекается).

В теле main() функция median() вызывается три раза. Результат выполнения функции не обязательно должен быть присвоен переменной.

Вышеописанную программу можно было бы записать так:

#include <stdio.h>
 
float median (int n1, int n2) {
    float m;
 
    m = (float) (n1 + n2) / 2;
    return m;
}
 
int main () {
    int num1 = 18, num2 = 35;
    float result;
 
    printf("%10.1f\n", median(num1, num2));
    result = median(121, 346);
    printf("%10.1f\n", result);
    printf("%10.1f\n", median(1032, 1896));
}

Хотя такой способ и экономит одну строчку кода, однако главная функция, в которой отражена основная логика программы, опускается вниз, что может быть неудобно. Поэтому первый вариант предпочтительней.

Напишите функцию, возводящую куб числа, переданного ей в качестве аргумента. Вызовите эту функцию с разными аргументами.

Статические переменные

В языке программирования C существуют так называемые статические переменные. Они могут быть как глобальными, так и локальными. Перед именем статической переменной пишется ключевое слово static.

Внешние статические переменные, в отличие от обычных глобальных переменных, нельзя использовать из других файлов в случае программы, состоящей не из одного файла. Они глобальны только для функций того файла, в котором объявлены. Это своего рода сокрытие данных, по принципу "не выставлять наружу ничего лишнего, чтобы 'что-нибудь' нечаянно не могло 'испортить' данные".

Статические переменные, объявленные внутри функций имеют такую же область действия, как автоматические. Однако в отличие от автоматических, значения локальных статических переменных не теряются, а сохраняются между вызовами функции:

#include <stdio.h>
 
int hello();
 
int main() {
    printf(" - %d-й вызов\n", hello());
    printf(" - %d-й вызов\n", hello());
    printf(" - %d-й вызов\n", hello());
}
 
int hello () {
    static count = 1;
    printf("Hello world!");
    return count++;
}

Результат:

Hello world! - 1-й вызов 
Hello world! - 2-й вызов 
Hello world! - 3-й вызов 

В этом примере в функции hello() производится подсчет ее вызовов.

Передача аргументов по ссылке

В первом примере этого урока мы передавали в функцию аргументы по значению. Это значит, что когда функция вызывается, ей передаются в качестве фактических параметров (аргументов) не указанные переменные, а копии значений этих переменных. Сами переменные к этим копиям уже никакого отношения не имеют. В вызываемой функции эти значения присваиваются переменным-параметрам, которые, как известно, локальны. Отсюда следует, что изменение переданных значений никакого влияния на переменные, переданные в функцию при вызове, не оказывают. В примере выше даже если бы в функции median() менялись значения переменных n1 и n2, то никакого влияния сей факт на переменные num1 и num2 не оказал.

Однако можно организовать изменение локальной переменной одной функции с помощью другой функции. Сделать это можно, передав в функцию адрес переменной или указатель на нее. На самом деле в этом случае также передается копия значения. Но какого значения?! Это адрес на область памяти. На один и тот же участок памяти может существовать множество ссылок, и с помощью каждой из них можно поменять находящееся там значение. Рассмотрим пример:

#include <stdio.h>
 
void multi (int *px, int y);
 
int main () {
    int x = 34, y = 6;
 
    multi(&x, 367);
    multi(&y, 91);
    printf("%d %d\n", x, y);
}
 
void multi (int *base, int pow) {
    while (pow >= 10) {
        *base = *base * 10;
        pow = pow / 10;
    }
}

Функция multi() ничего не возвращает, что подчеркнуто с помощью ключевого слова void. Принимает эта функция адрес, который присваивается локальной переменной-указателю, и целое число. В теле функции происходит изменение значения по адресу, содержащемуся в указателе. Но по сути это адрес переменной x из фукнции main(), а значит меняется и ее значение.

Когда multi() вызывается в main(), то в качестве первого параметра мы должны передать адрес, а не значение. Поэтому, например, вызов multi(x, 786) привел бы к ошибке, а вызов multi(&x, 786) — правильный, т.к. мы берем адрес переменной x и передаем его в функцию. При этом ничего не мешает объявить в main() указатель и передавать именно его (в данном случае сама переменная p содержит адрес):

int x = 34, y = 6;
int *p;
 
p = &x;
multi(p, 367);
p = &y;
multi(p, 367);
printf("%d %d\n", x, y);

Кроме того, следует знать, что функция может возвращать адрес.

Важно понять механизм так называемой передачи аргументов по ссылке, т.к. это понимание пригодится при изучении массивов и строк. Использовать указатели при работе с простыми типами данных не стоит. Лучше возвращать из функции значение, чем менять локальные переменные одной функции с помощью кода другой функции. Функции должны быть достаточно автономными.

  1. Перепишите код первого примера этого урока так, чтобы в нем использовался указатель; а код примера с функцией multi(), наоборот, избавьте от указателей.
  2. Напишите программу, в которой помимо функции main() были бы еще две функции: в одной вычислялся факториал переданного числа, в другой — находился n-ый элемент ряда Фибоначчи (n — параметр функции). Вызовите эти функции с разными аргументами.
  3. Придумайте и напишите программу, в которой из функции main() вызывается другая функция, а из последней вызывается еще одна функция.

Курс с решением части задач:
android-приложение, pdf-версия

Основы языка C