第11章函数与文件.ppt

第11章 函数与文件,在本章的学习中，要重点掌握以下内容： 理解文件和函数的关系； 头文件和源文件的关系； 如何组织多文件工程，并学会在至少一种环境下开发多文件工程； 递归函数的使用； 内部函数和外部函数的使用。,11.1 多文件的程序,使用文件来组织程序可以提高程序的结构性，使各个功能的模块更为清晰。本章将先讨论源文件和头文件的关系，再介绍一个完整的C工程是如何组织的，最后通过一个实例来演示多文件的C工程的使用。,11.1.1 源文件和头文件,C文件可以分为.c文件和.h文件两类，其中.c文件是后缀名为“.c”的文件，也称为源文件。.h文件是后缀名为“.h”的文件，也称为头文件。一个程序经常含有多个源文件，编译时每一个源文件都会作为单独的编译单元，生成对象文件。通常情况下，每一个源文件都会有对应的头文件，作为源文件之间的接口。,11.1.1 源文件和头文件,头文件原则上只存放可能被外部使用的内容，一般包含以下部分。 类型声明，例如： typedef int int32_t; 函数声明，例如： void hello_world(void); 常量定义，包括具名常量和const常量，例如： #define ARRAY_SIZE 50 const int MAX 256,11.1.2 C工程的组织结构,当程序规模继续扩大，程序任务十分浩大的时候，函数会变得很多，只使用多函数的方式也不足以保证程序的结构清晰。这时就需要使用多个源文件，把相关性强的函数归类，每一类作为一个集合放在一个单独的源文件中。同时还应适当地使用头文件，将其作为源文件的接口描述，以提高程序的可维护行和结构组织的合理性。当程序规模继续扩大时，会导致出现有很多的文件，那么把太多的文件放在一个目录下也会略显混乱，这时就需要将文件归类，分别放到不同的文件夹下。,11.1.2 C工程的组织结构,当程序规模较大时，一般会称程序为“工程”。在本书的论述中，工程也就是一个完整的C程序，可以只有一个C文件，也可以有成百上千个C文件。如下图就是C工程的组织结构图。,11.1.3 一个简单的多文件工程,本节将展示一个简单的多文件工程：该工程包含6个文件，其中3个为头文件，3个为源文件，如范例11-1所示。在11.1.4节中将围绕本工程详细介绍如何在各种开发环境中开发多文件工程。,11.2 创建和运行多文件工程,在11.1节中已经介绍了含多个文件的C工程，由其可看出，该工程中文件繁多，如果使用第2章中介绍的方法来创建和运行这个工程是行不通的。本节将以范例11-1为例，来演示如何在两种不同的编译环境中创建和运行多文件工程。,11.3 函数的调用,前面的内容中已经讨论了在main函数中调用函数的方法，此外也可以在函数中调用函数。本节将讨论如何在其他函数中调用函数，包括嵌套调用和递归调用。同时，将通过几个范例来演示递归调用的使用。最后，将分析递归调用的利弊，并讨论如何实现递归与循环的转化。,11.3.1 嵌套调用,由于C语言规定函数不能定义在函数体内，即不能嵌套定义。但是可以通过在函数中调用函数来实现函数的嵌套，即嵌套调用。实际上，在main函数中调用函数就是函数的嵌套调用，因为main函数也是函数。在其他函数内调用函数的方法和执行与在main函数中调用函数完全一样。,11.3.2 递归调用,上一小节讨论的是使用函数调用其他函数，本节将讨论如何调用函数本身，即函数的递归调用。函数的递归调用有两种形式：直接递归调用和间接递归调用。 1. 直接递归调用 直接递归调用就是在函数内部调用函数本身。例如： void func(void) 操作1; func(); /* 调用本身 */ 操作2; ,11.3.2 递归调用,在逻辑上，对自身的调用，也可以视为一般的调用其他函数。以func函数为例，可以假定函数中有很多个定义了很多个func函数。直接递归调用的执行顺序可描述如下图所示。,11.3.2 递归调用,2. 间接递归调用 当一个函数A调用另一个函数B，而B函数中又调用了C函数，而C函数中又调用了D函数直到某一个函数又重新调用了函数A，构成一个循环调用的结构。这种情况就是函数的间接递归调用。例如： void fun1(void) 操作1; func2(); /* 调用func2函数 */ 操作2; void fun2(void) 操作3; func1(); /* 调用func1函数 */ 操作4; ,11.3.2 递归调用,这两个函数彼此相互调用，语句执行顺序如下图所示。,11.3.2 递归调用,实际上，间接递归调用在逻辑上可以分为直接递归调用。例如，将上述的func_2函数在func_1函数内展开，可以将间接递归调用转换化为如下直接递归调用的形式。 void fun1(void) 操作1; 操作3; func1(); /* 调用本身 */ 操作4; 操作2; 提示：递归调用效率低，因此少使用递归调用；同时，应尽量避免使用间接递归。,11.3.3 递归调用使用举例,递归作为一种算法在程序设计语言中被广泛应用。当一个问题可以分解为多个步骤，而这些步骤的执行逻辑完全一样时，便可以使用递归方法来解决。使用递归可以大大减少程序的代码量。递归的能力在于用有限的语句来定义对象的无限集合。用递归思想写出的程序往往十分简洁。 一般来说，递归需要有边界条件、递归控制段和递归返回段。当边界条件不满足时，递归控制。当边界条件满足时，递归返回。下面是三个递归的应用。,11.3.3 递归调用使用举例,1. 计算数列1到n的和 将该和序列记为：f(n) = 1 + 2 + 3 + + n。f(x)的值具有以下特点： f(n) = f(n 1) + n； f(n 1) = f(n 2) + n 1； f(1) = f(0) + 1； f(0) = 0； 总结可得：当x大于1时，f(x) = f(x 1) + 1，其中(x 1)即为递归进行；当x等于0时，f(0) = 0，此即为边界条件。,11.3.3 递归调用使用举例,2. 将输入的十进制数以二进制形式输出 本例中会用到函数值传递的特性。假定有一个输入数，其二进制形式共有有N位。若要输出第1位数，必须要先输出第2位。若要输出第2位，必须先输出第3位；依此类推，若要输出第N-1位，必须先输出第N位。总结可得：若要输出第n位数时，必须先输出后Nn+1位的数，然后再输出该位数。描述为代码如下所示。 输出二进制形式(x） 如果x的二进制位数多于一位; 输出二进制形式(x / 2); /* x / 2即为x去掉最后一位 */ 输出x二进制形式的最后一位, 对2求余即可。 否则 输出x; /* 满足边界条件，结束递归调用 */ ,11.3.3 递归调用使用举例,3. 使用折半法在升序数组中查找目标数 在一个升序数组中查找一个数，需要执行以下步骤。 （1）可以将目标数与该数组的中间数进行比较：如果目标数比中间数大，那么将查找范围缩小为从中间数到原数组末尾的范围，将这些元素作为一个新数组继续查找。如果该目标数比中间数小，那么将查找范围缩小到数组的前半部分，将这些元素作为一个新数组继续查找。如果相等，那么返回数组编号。 （2）继续在新数组内执行与第（1）步一样的操作，直到找到该目标数，或者新数组为空。,11.4 内部函数与外部函数,关键字extern和static可以用来声明函数，使用extern声明的函数为外部函数。使用static声明的函数为内部函数。本节将介绍两者的概念和区别，最后通过实例来演示内部函数和外部函数的使用。,11.4.1 外部函数,使用关键字extern声明函数的形式如下所示。 extern 返回值类型 函数名（形参列表）; extern声明有以下两个作用。 在没有定义某函数的源文件里使用extern声明该函数，便可以在这个文件内使用该函数。 在函数定义的函数声明中使用关键字extern，那么该函数就允许为其他文件的函数使用。,11.4.1 外部函数,C语言中规定，所有函数默认声明为extern类别，即外部函数。也就是说在之前的所有例子中定义的函数都是外部函数。下列两种函数定义方式是等价的： int func(void); extern int func(void); 使用了extern声明函数后，就可以不用预处理命令#include。实际上两者原理是一样的，#include的功能是将其后的文件全部替代到该命令处。,11.4.2 内部函数,使用关键字static声明函数的形式如下： static 返回值类型 函数名（形参列表）; 由于static声明的函数的作用域被局限于本文件，因此C语言允许多个文件内可以有同名的static内部函数，且互不干扰。static的这种优势在多人协作编程时十分有效，每个人在自己的源文件里编程时，只要将专用函数声明为内部函数，便可以不必担心所用函数名是否与其他人缩写的函数同名。 如果试图使用一个外部的static函数的做法是不允许的，编译器在链接时将报错。,11.4.3 应用举例,当存在多个源文件时，文件间函数的调用就是对外部函数的调用；同一个文件内的函数的调用就是内部函数的调用。,11.5 综合练习,1。将范例11-5的递归函数使用循环结构来实现。,11.5 综合练习,2。将加减乘除4种算法实现在一个文件中，并在另一文件中的main函数依次调用。 【提示】在文件file2.c中实现4种算法，并为其添加一个头文件file2.h以包含4种算法函数的声明；最后在file1.c中的main函数中调用各个函数。,