第四章 模块化程序设计

1、第四章 模块化程序设计 前面各几章的学习，大家已有了编制小程序的经验。如果想编制大程序，在C语言下就得用模块化程序设计，其基本思想是将一个大的程序按功能分割成一些模块，使每一个模块都成为功能单一、结构清晰、接口简单、容易理解的小程序。C语言提供了支持模块化软件开发的功能： 1 函数式的程序结构。程序由一个或多个函数组成，每个函数都有各自独立的功能和界面。 2 允许通过使用不同的存储类别的变量，控制模块内部和外部的信息交换。 3具有预编译处理功能，为程序的调试、移植提供方便，支持模块化程序设计。 本章介绍这些功能及进行程序开发的基本方法。 4.1 函数 4.2 变量的存储属性 4.3 编译预处理

2、4.1 函数4.1.1 C程序的结构 4.1.2 函数定义和函数声明 4.1.3 函数的传值调用4.1.4 函数嵌套调用 4.1.5 函数的递归调用C程序结构（一） 无论涉及的问题是复杂还是简单，规模是大还是小，用C语言设计程序，任务只有一种，就是编写函数，至少要编写一个主函数main(),C程序的执行就是执行相应的main()函数。即从它的main()函数的第一个花括号开始，依次执行后面的语句，直到最后的花括号为止。其它函数只有在执行了main()函数的过程中被调用时才执行。如图所示某一复杂程序执行的情况：main() f1( ); f2( ); f1( )f11();.f11() f21(

3、)f2( )f21( );f22()f22() . 程序执行过程中：主函数中含有调用函数f1,f2当执行到f1( )时函数f1才被调用,到达时f2()时函数f2才被调用。调用f1时,main()向f1传递一些信息，并将流程转向f1。函数f1执行完后，向main()传回一些信息，再将流程返回main()。调用f2时的情形相同。当然在在执行f1函数时，也可以调用别的函数。C程序结构（二） 高级语言中“函数”的概念和数学中“函数”的概念不完全相同。英语单词function有“函数”和“功能”两种介绍，高级语言中的函数实际上是功能的意思。当要完成某一个功能时，就用一个函数去实现它。在程序设计时首先要考

4、虑main()函数中的算法，当main()中需要使用某一功能时，就用一个具有该功能的函数表达式表示。这时的函数，我们只知道它具有什么功能，其它先不作处理。设计完main()的算法并检验无误后，这时开始考虑它所调用的函数。如果在库函数中能找到，就可直接使用，否则再动手设计这些函数。这种设计方法称为自顶向下、逐步细化的程序设计方法。这种方法设计出来的程序在功率高，程序层次分明、结构清晰。复杂程序的层次可从以下图形中看出：main()f1()f2()f11()f21()f22()C程序结构（三） 许多大型软件系统包含了相当丰富的，可供从事某一领域工作人员选用，如一个高等学校的信息管理系统就包含了教务

5、、科研、人事、财务，设备、图书、后勤、办公室等子系统。每一个子系统以可分为许多子子系统。 这种软件为了方便用户大都采用菜单(menu)方式,这种形式的软件，大家都用过。用户只需按一些简单的键，就能调用该功能，就像在饭店点菜一样那么方便。高等院校事务管理系统的模块结构如下：(程序menu.c)办 公 室 管 理学 藉 管 理 成 绩 管 理排 课教 务 管 理科 研 管 理人 事 管 理财 务 管 理设 备 管 理图 书 资 料 管 理后 勤 管 理高 等 院 校 事 务 管 理函数的定义与函数声明（一） 函数就是在程序中设定的一个函数模块。一个函数是由变量声明部分与可执行语句组的成独立实体，用

6、来完成一指定功能。除了系统提供的函数外，用户编制函数才是一种正确的选择。 （一）（一）.函数定义：函数定义：（函数类型、函数名、形参、函数体内容）函数返回值的类型说明 函数名(类型名 形式参数1,类型名 形式参数2,) 函数首部 说明部分 函数体 语句部分 函数类型：函数计算后的值是什么类型。 函数名： 用户命名的标识符，在主函数中调用的名字。 形式参数：函数中处理的变量，通过它接收主函数传过来的具体值。 函数体： 函数计算时的具体方法和函数的表达式。由变量定义部分和 语句组成。 函数的返回：由函数返回调用它的函数，可由以下返回形式： return 表达式；return; 可没有return语

7、句，也可有多个return语句。函数的定义与函数声明（二） 函数名 (类型名 形式参数1,类型名 形式参数2,) 省略类型说明，C语言默认返回值为int型。例：求两个双精度数这和的函数。 double add(double a,double b) double s; s=a+b; return s; 函数返回值的类型可以是整型、实型、字符型和指针类型。以上函数的返回值是double型。 可用double add(a,b) double a,b来写函数首部。 定义函数可以没有参数，但一对括号不省略，如：dummy() ，函数体也可是空的，这样的函数什么也不做。编程时可作为一个虚设的部分。函数举例

8、：编一个求两个数中最小数的函数，用循环语句多次调用该函数，找出十个数中的最小数。 (ec711.c)函数名函数返回值类型类型名与形式参数函数返回值函数声明（三）在C 语言中，除了主函数外，对于用定义的函数要遵循“先定义，后使用”的规则。凡是未在调用前定义函数，C编译程序都 默认函数的返回值为int类型。对于返回值为其它类型的函数，若把函的定义放在调用之后，应该在调用之前对函进行说明。即只有函数的首部，一般形式为： 类型名 函数名(参数类型1,参数类型2,)如：double add(double,double)或 类型名 函数名(参数类型1 参数名1,参数类型2,参数名2,)如：double a

9、dd(double p,double q) 这里的参数是虚设的，实际上参数名常常省略。函数说明语句中的类型名必须与函数返回值的类型一致。函数说明既可以作为一条单独的语句如：double add(double,double)也可以与普通变量的说明在一起如:double x,y,add(double,double) 函数说明的位置与调用的关系 当在所有函数的外部、被调用之前说明函数时，在说明之后的任何位置都 可调用。 函数说明也可放在调用函数内的说明部分，但只能在该函内调用。 函数的传值调用（一） 参数是函数调用时进行信息交换的载体，实参和形参结合，完成信息交换，函数的执行部分对这些传递来的数据进

10、行处理后，返回相应的函数值。与数学中的知道函数表达式求函数值相类似。(f(x)=3x+1;f(5)=?,f(0)=?)只不过是C语言中的函数自变量个数不只是一个。1.当所调用的函数用于求出某个值时，函数的调用可作为表达式出现在允许表达式出现的任何地方，如： y=add(3.0,4.0); 也可出现有关系表达式中用于条件判断。2.如果只为了某些操作不返回函数值时，函数作为一条独立的语句，如： 函数名（实在参数）；函数调用时的语法要求：1.调用函数时，函数名必须与定义的函数名字完全一致。2.实在参数的个数必须与形式参数的个数一样。实在参数可以是表达式，类型上应按位置与形式参数一一对应匹配。如果类型

11、不一致，编译系统会根据赋值兼容规定进行转换，若类型不赋值兼容，不给出错信息，程序继续执行，得不到正确的结果。函数的传值调用（二） 在C语言中调用函数与被调用函数之间的数据可通过三种方法进行传递： 1.实在参数和形式参数之间进行数据传递。 2.通过return语句把函数值返回调用函数。 3.通过全局变量。这种方法不好。在C语言中，数据只能从实参传递给形参，称为“按值”传递。也就是说，当用简单变量作为实在参数，用不能在函数中改变对应的值。观察参数传递两个实例： 函数参数之间的单向传递。(ec71.c) 调用函数交换两个变量中的值。(ec72.c) 没有返回值的调用：(ec710.c)函数的嵌套调用

12、 C程序的main()函数在调用一个函数时，被调用的函数，又要调用另一个函数，这种调用称为函数的嵌套调用。 例：把一个偶数分解为两个素数之和。 两次调用判断一个数是否为素数的函数； (ec74.c) (ec75.c) . )()(int0和作为函数返回值用以求编写函数nxxfnsum函数的递归调用 C语言中的函数可以递归调用，即：可直接叵间接地调用自己。前者称为简单递归，后者称为间接递归，只讨论简单递归。 递归符合的三个条件： 1. 可以反要解决的问题转化为一个新的问题，而这个新的问题的解法仍与原野来的解法相同，只是所处理的对象有规律地递增或递减。 2 .可以应用这个转化过程使问题得到解决。

13、3 .必有一个明确的结束递归的条件。 例：用递归的方法求n!。 把计算n的阶乘转化为n-1的阶乘，而计算方法相同。当计算到n为0时，问题完成。 时0n1)(nn时0n1n!当当函数的递归调用 函数递归调用如何分析执行结果: fac(5) fac(5)=5*fac(4)=5*4*3*2*1=120 5*fac(4) fac(4)=4*f(3)=4*3*2*1=24 4*fac(3) fac(3)=3*fac(2)=3*2*1=6 3*fac(2) fac(2)=2*fac(1)=2*1=2 2*fac(1) fac(1)=1*fac(0)=1*1=1 1*fac(0) fac(0)=1fac(i

14、nt n) main() int t; int m,y; if(n= =1|n= =0) return 1; scanf(“%d”,&m); else t=n*fac(n-1); return t; if (m0) printf(“Input data error”); else y=fac(m);printf(“%d”,y); 程序执行结果 ec1102.c函数的递归调用 分析11.7程序的执行结果： fun(6,&x) fun(6,&x)=fun(5,&x)+fun(4,&x) =5+3=8 fun(5,&x) fun(5,&x)=fun(4,&x)+fun(3,&x) =3+2=5 fu

15、n(4,&x) fun(4,&x)=fun(3,&x)+fun(2,&x) =2+1=3 fun(3,&x) fun(3,&x)=fun(2,&x)+fun(1,&x) =1+1=2 fun(2,&x) fun(2,&x)=1 fun(1,&x) fun(1,&x) =1 先下来，再返上去，这就是递归的分析的方法。 看程序执行结果 ec1103.c程序举例1.编写函数判断自变量是不为素数,若是素数,函数返回1,否则返回0。(ec73.c)2.编写函数，验证任意偶数可分解为两个素数之和，并输出这个素数。 (ec74.c)3.(ec75.c)4.用梯形法求函数的定积分。近似公式如下：(ec76.c

16、)5.把小写字母转换成大写字母的函数。 (ec77.c)6.统计输入字符的个数。 (ec78.c)7.统计输入一段文本中的单词个数。用空格、换行符、跳格隔开。 (ec79.c). )()(int0和作为函数返回值用以求编写函数nxxfnsum变量的存储属性 变量是对程序中数据的存储空间的抽象。前面介绍的数据类型是变量的操作属性。除此之外，影响变量使用的还有变量的存储属性。 变量的存储类型：计算机中的存储器分为内存和外存，除此这外不有一个称为寄存器的临时存储器，用来存储一些反复被加工的数据，存取速度比内存和外存要快得多。 变量的生存期：C语言中的变量可用两种方法建立：在编译时分配存储单元，程序开

17、始执行变量被创建，结束被撤销。这种变量生存期为程序执行的整个过程，在该过程中占有固定存储空间，称为永久存储；另一种是在某一段时间内存在,函数的形参和在函数体中的定义的变量，在程序进入该函数，才分配存储空间，函数结束，存储空间又被撤销，称为动态存储。 变量的可用域：分为两种：局部可用和全局可用，即局部变量与全局变量。 用存储属性可表示这三个方面的属性；分为四种存储类别说明auto(自动);register(寄存器);static(静态)和extern(外部）。以上属性说明，放在类型说明符的左边，也可以放在类型说明符的右边。 auto int k,l ; int auto k,l; 4.2.1 动

18、态变量 4.2.2 静态变量 4.2.3 外部变量动态变量（一）（一）自动(auto)变量： 在变量定义时使用auto和不使用auto定义都是自动变量，这类变量的使用和前面所用变量一样。在主函数和子函数中变量名一样的变量分析程序时要特别注意。 1.自动变量是局部变量 自动变量只有在它定义的那个局部才能使用。(ec72.c) (ec712.c) 2.在对自动变量赋值之前，它值是不确定。 在编制累加和累乘的程序时，为什么要给和单元及积单元赋初值，原理就在这里。 (ec713.c) 程序计算的结果不确定。 (ec714.c)变量x没有赋初值，执行的结果不可预测。动态变量（二）二寄存器(registe

19、r)变量： 它的值保留的CPU的寄存器中，不占用内存单元，存取时间快，用它可提高程序的运行速度。通常把使用频率较高的变量定义为寄存器变量。定义与自动变量一样。 由于现在的计算机运算速度快，定义寄存器变量，很难分辨出它执行的情况。 打印乘法九九表的程序： (ec715.c) 由循环控制变量i,j经常用，所以定义为寄存器变量。 由于各种计算机系统中的寄存器数目不同，寄存器的长度也不同，因此程序中定义寄存器变量的数量受限制。 静态变量 静态static变量： 它中的值和其它类型变量不一样在于： 1.在整个程序运行期间，静态局部变量在内存中占有永久性的存储单元，即使退出函数以后，再进入函数时，静态局部

20、变量仍使用原来的存储单元。由于不释放原来的值，它的值可以使用到程序结束。 2.它的初值是在编译时赋予的,在执行时不再赋初值，末赋初值时系统自动赋初值0。 在函数多次被调用过程中静态局部变量的值具有可继承性。 (ec716.c) (ec716a.c) 静态局部变量的值只能在本函数中使用。外部变量 一、外部变量（extern）是全局变量 定义在所有函数之外的变量称为外部变量。 (ec717.c) (ec717a.c) (ec718.c) 二、外部变量使用的几种情况 产生随机数 (ec719.c) 在不同的编译单位内用extern说明符来扩展全局变量的作用域 同一编译单位是在同一C的源程序中。不同的

21、编译单位是在两个以上不同的C源程序内。通过头文件来进行互相访问的。 三、外部变量的副作用 主函数和子函数用同名外部变量产生的错误。(ec720.c) 编译预处理 “编译预处理”就是在C编译程序对C源程序进行编译前，由编译预处理程序对这些编译预处理命令处理的过程。 C语言的预处理均以 #include #define开头不加分号。 编译预处理是C语言的一个重要特点，它能改善程序设计环境，有助于编写易移植、易处理的程序，也是模块化程序设计的一个重要工具。 4.3.1 宏替换 4.3.2 文件包含编译预处理（一） 宏替换是用预处理命令 #define指定的预处理。 一、 不带参数的宏： #define 宏名 替换文本 #define SIZE 1000 这种使用在前面的程序中已用到，如果替换文本还用到已定义的宏时，分析时要注意。 替换文本中包含已定义过的宏： #define PI 3.14 #define ADDPI (PI+1) #define TWO_ADDPI (2*ADDPI) 如果有表达式:x=TWO_ADDPI/2,则替换后为：x=(2*(3.14+1)/2 若写成“PI+1