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C 函数进阶

1. 栈的概念​

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

栈作为一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。它按照后进先出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。栈具有记忆作用，对栈的插入与删除操作中，不需要改变栈底指针。

2. 函数的调用​

每一个函数在运行时都会占用一段栈内存，栈内存的大小，由该函数内部定义的局部变量的具体情况而定。一个程序里面的所有函数所占据的栈内存，在逻辑上是连在一起的。

函数的每一次调用就是一次入栈，函数的嵌套调用如下所示：

ZYSNfq.png

#include <stdio.h>

int max_value(int x, int y);//函数声明

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int a = 1, b = 2;
	int m;
    
	m = max_value(a,b);
   
	return 0;
}

int max_value(int x, int y)//函数定义
{
	int z;
    z = x>y ? x : y;
    
    return z;
}
  • 一个 C 程序的栈是由若干段函数的栈帧组成的，每一段栈帧都用来存放对应函数的局部变量，栈帧的长度也取决于所对应函数的局部变量的个数和类型，一般最大值为8M，所以，不应该定义太多的局部变量来占用栈内存。
  • 每个函数的内部空间（栈帧）都是独立存在的，里面的局部变量也都是独立的，main( )函数里的a，b和max_value( )里的x、y都占据着不同的内部空间。
  • 函数调用时，实参（a和b）与形参（x和y）一一对应地赋值，换句话说，所有的形参被实参一一初始化，因此x的值就是a，y的值就是b。
  • 栈内存的另一个最重要的特性是：他是临时性的。一旦对应的函数退出，相应的栈帧将立即被释放（即被系统回收）。比如，当max_value()计算出z的值，执行return语句返回z之后，其所占的栈帧即被系统回收，变成：

ZYiXHA.png

3. 递归​

递归，即一个函数调用自身，也就是一个函数 f( ) 的代码中，包含了对自身 f( ) 的调用。

#include <stdio.h>

int f(int n);
    
int main(int argc, char const *argv[])
{
 	f(100);
    
	return 0;
}

int f(int n)        	// 这是一个递归函数
{
	if(n>1)
    {
        f(n-1);
    }
    printf("%d\n", n);
}

ZYHYqc.png

  • 每一次递归调用都会为函数产生一个新的栈帧，使得栈的总大小不断增大，但是不能超过最大值8M，否则会溢出。
  • 递归函数一定要有一个可以直接返回的时候，否则代码将会陷于无穷的递归。
  • 递归函数的代码短小精悍，但同时它的效率很低，而且容易使得栈溢出，不常用。

4. 回调函数​

回调函数主要可以用来实现软件的分层设计，使得不同软件模块的开发者工作进度可以独立出来，最终通过约定好的接口组合在一起。

  • 在 C 语言中回调函数只能通过函数指针实现。
  • 提供函数实现的一方在初始化的时候，将回调函数的的函数指针提供给调用者。
  • 当特定的事件发生时，调用者将使用函数指针调用回调函数来对事件进行处理。
include <stdio.h>

void arr(int *a, int len)
{
	int i;
	for(i=0; i<len; i++)
	{
		printf("%d\t", a[i]);
	}
	printf("\n");
}

void show_arr(void (*pf)(void *parr, int len), void *parr, int len)
{
	pf(parr, len);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
	
	show_arr(arr, a, 5);
 
	return 0;
}

5. 指针函数​

函数的类型实际上指的就是函数的返回值。

一个函数可以返回字符型、整型和浮点型这些类型的数据，当然，它还可以返回指针类型的数据。定义的时候只需要跟定义指针变量一样，在类型后面加星号就行。所以，用指针变量作为函数返回值的就是指针函数。

int *p();

6. 函数指针​

指向函数的指针。

int (*)p();
  • 函数指针可以作为参数传递，回调函数就是使用函数指针作为参数
#include <stdio.h>

int add(int, int);
int sub(int, int);
int calc(int (*fp)(int, int), int, int);

int add(int num1, int num2)
{
	return num1 + num2;
}

int sub(int num1, int num2)
{
	return num1 - num2;
}

int calc(int (*fp)(int, int), int num1, int num2)
{
	return (*fp)(num1, num2);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("3 + 5 = %d\n", calc(add, 3, 5));
	printf("3 - 5 = %d\n", calc(sub, 3, 5));

	return 0;
}
  • 函数指针也可以作为返回值

示例：输入一个表达式，然后程序根据用户输入的运算符来决定调用 add 还是 sub 函数进行运算。

#include <stdio.h>

int add(int, int);
int sub(int, int);
int calc(int (*fp)(int, int), int, int);
int (*select(char op))(int, int);

int add(int num1, int num2)
{
	return num1 + num2;
}

int sub(int num1, int num2)
{
	return num1 - num2;
}

int calc(int (*fp)(int, int), int num1, int num2)
{
	return (*fp)(num1, num2);
}

int (*select(char op))(int, int)
{
	switch(op)
	{
		case '+': return add;
		case '-': return sub;
	}
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int num1, num2;
	char op;
	int (*fp)(int, int);

	printf("请输入一个式子(如：1+2)：");
	scanf("%d%c%d", &num1, &op, &num2);

	fp = select(op);  // 函数指针作为返回值	
	printf("%d %c %d = %d\n", num1, op, num2, calc(fp, num1, num2));

	return 0;
}
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