C语言教程/第五章:函数3

函数的嵌套调用

Ｃ语言中不允许作嵌套的函数定义。因此各函数之间是平行的，不存在上一级函数和下一级函数的问题。 但是Ｃ语言允许在一个函数的定义中出现对另一个函数的调用。 这样就出现了函数的嵌套调用。即在被调函数中又调用其它函数。 这与其它语言的子程序嵌套的情形是类似的。其关系可表示如图5.2。

表示了两层嵌套的情形。其执行过程是：执行main函数中调用a函数的语句时，即转去执行a函数，在a函数中调用b 函数时，又转去执行b函数，b函数执行完毕返回a函数的断点继续执行，a 函数执行完毕返回main函数的断点继续执行。

[例5.8]计算s=22!+32!

本题可编写两个函数，一个是用来计算平方值的函数f1， 另一个是用来计算阶乘值的函数f2。主函数先调f1计算出平方值， 再在f1中以平方值为实参，调用 f2计算其阶乘值，然后返回f1，再返回主函数，在循环程序中计算累加和。

long f1(int p)
{
int k;
long r;
long f2(int);
k=p*p;
r=f2(k);
return r;
}
long f2(int q)
{
long c=1;
int i;
for(i=1;i<=q;i++)
c=c*i;
return c;
}
main()
{
int i;
long s=0;
for (i=2;i<=3;i++)
s=s+f1(i);
printf("\ns=%ld\n",s);
}
long f1(int p)
{
……
long f2(int);
r=f2(k);
……
}
long f2(int q)
{ 
……
}
main()
{ ……
s=s+f1(i);
……
}

在程序中，函数f1和f2均为长整型，都在主函数之前定义， 故不必再在主函数中对f1和f2加以说明。在主程序中， 执行循环程序依次把i值作为实参调用函数f1求i2值。在f1中又发生对函数f2的调用，这时是把i2的值作为实参去调f2，在f2 中完成求i2! 的计算。f2执行完毕把C值(即i2!)返回给f1，再由f1 返回主函数实现累加。至此，由函数的嵌套调用实现了题目的要求。 由于数值很大， 所以函数和一些变量的类型都说明为长整型，否则会造成计算错误。

函数的递归调用

一个函数在它的函数体内调用它自身称为递归调用。 这种函数称为递归函数。Ｃ语言允许函数的递归调用。在递归调用中， 主调函数又是被调函数。执行递归函数将反复调用其自身。 每调用一次就进入新的一层。例如有函数f如下：

int f (int x)
{
int y;
z=f(y);
return z;
}

这个函数是一个递归函数。 但是运行该函数将无休止地调用其自身，这当然是不正确的。为了防止递归调用无终止地进行， 必须在函数内有终止递归调用的手段。常用的办法是加条件判断， 满足某种条件后就不再作递归调用，然后逐层返回。 下面举例说明递归调用的执行过程。

[例5.9]用递归法计算n!用递归法计算n!可用下述公式表示：

n!=1 (n=0,1)
n×(n-1)! (n>1)
按公式可编程如下：
long ff(int n)
{
long f;
if(n<0) printf("n<0,input error");
else if(n==0||n==1) f=1;
else f=ff(n-1)*n;
return(f);
}
main()
{
int n;
long y;
printf("\ninput a inteager number:\n");
scanf("%d",&n);
y=ff(n);
printf("%d!=%ld",n,y);
}
long ff(int n)
{ ……
else f=ff(n-1)*n;
……
}
main()
{ ……
y=ff(n);
……
} 

程序中给出的函数ff是一个递归函数。主函数调用ff 后即进入函数ff执行，如果n<0,n==0或n=1时都将结束函数的执行，否则就递归调用ff函数自身。由于每次递归调用的实参为n-1，即把n-1 的值赋予形参n，最后当n-1的值为1时再作递归调用，形参n的值也为1，将使递归终止。然后可逐层退回。下面我们再举例说明该过程。 设执行本程序时输入为5， 即求 5!。在主函数中的调用语句即为y=ff(5)，进入ff函数后，由于n=5,不等于0或1，故应执行f=ff(n-1)*n,即f=ff(5-1)*5。该语句对ff作递归调用即ff(4)。 逐次递归展开如图5.3所示。进行四次递归调用后，ff函数形参取得的值变为1，故不再继续递归调用而开始逐层返回主调函数。ff(1)的函数返回值为1，ff(2)的返回值为1*2=2，ff(3)的返回值为2*3=6，ff(4) 的返回值为6*4=24，最后返回值ff(5)为24*5=120。

例5. 9也可以不用递归的方法来完成。如可以用递推法，即从1开始乘以2，再乘以3…直到n。递推法比递归法更容易理解和实现。但是有些问题则只能用递归算法才能实现。典型的问题是Hanoi塔问题。 　　 [例5.10]Hanoi塔问题

一块板上有三根针，A，B，C。A针上套有64个大小不等的圆盘， 大的在下，小的在上。如图5.4所示。要把这64个圆盘从A针移动C针上，每次只能移动一个圆盘，移动可以借助B针进行。但在任何时候，任何针上的圆盘都必须保持大盘在下，小盘在上。求移动的步骤。

本题算法分析如下，设A上有n个盘子。
如果n=1，则将圆盘从A直接移动到C。
如果n=2，则：
1.将A上的n-1(等于1)个圆盘移到B上；
2.再将A上的一个圆盘移到C上；
3.最后将B上的n-1(等于1)个圆盘移到C上。
如果n=3，则：
A. 将A上的n-1(等于2，令其为n`)个圆盘移到B(借助于C)， 
步骤如下：
(1)将A上的n`-1(等于1)个圆盘移到C上，见图5.5(b)。
(2)将A上的一个圆盘移到B，见图5.5(c)
(3)将C上的n`-1(等于1)个圆盘移到B，见图5.5(d)
B. 将A上的一个圆盘移到C，见图5.5(e)
C. 将B上的n-1(等于2，令其为n`)个圆盘移到C(借助A)，
步骤如下：
(1)将B上的n`-1(等于1)个圆盘移到A，见图5.5(f)
(2)将B上的一个盘子移到C，见图5.5(g)
(3)将A上的n`-1(等于1)个圆盘移到C，见图5.5(h)。
到此，完成了三个圆盘的移动过程。
从上面分析可以看出，当n大于等于2时， 移动的过程可分解为
三个步骤：
第一步 把A上的n-1个圆盘移到B上；
第二步 把A上的一个圆盘移到C上；
第三步 把B上的n-1个圆盘移到C上；其中第一步和第三步是类同的。 
当n=3时，第一步和第三步又分解为类同的三步，
即把n`-1个圆盘从一个针移到另一个针上，这里的n`=n-1。 显然这是一个递归过
程，据此算法可编程如下：

move(int n,int x,int y,int z)
{
if(n==1)
printf("%c-->%c\n",x,z);
else
{
move(n-1,x,z,y);
printf("%c-->%c\n",x,z);
move(n-1,y,x,z);
}
}
main()
{
int h;
printf("\ninput number:\n");
scanf("%d",&h);
printf("the step to moving %2d diskes:\n",h);
move(h,'a','b','c');
}
move(int n,int x,int y,int z)
{
if(n==1)
printf("%-->%c\n",x,z);
else
{
move(n-1,x,z,y);
printf("%c-->%c\n",x,z);
move(n-1,y,x,z);
}
}
main()
{ ……
move(h,'a','b','c');
}

从程序中可以看出,move函数是一个递归函数，它有四个形参n,x,y,z。n表示圆盘数，x,y,z分别表示三根针。move 函数的功能是把x上的n个圆盘移动到z 上。当n==1时，直接把x上的圆盘移至z上，输出x→z。如n!=1则分为三步：递归调用move函数，把n-1个圆盘从x移到y；输出x→z；递归调用move函数，把n-1个圆盘从y移到z。在递归调用过程中n=n-1，故n的值逐次递减，最后n=1时，终止递归，逐层返回。当n=4 时程序运行的结果为

input number:
4
the step to moving 4 diskes:
a→b
a→c
b→c
a→b
c→a
c→b
a→b
a→c
b→c
b→a
c→a
b→c
a→b
a→c
b→c

变量的作用域

在讨论函数的形参变量时曾经提到， 形参变量只在被调用期间才分配内存单元，调用结束立即释放。 这一点表明形参变量只有在函数内才是有效的， 离开该函数就不能再使用了。这种变量有效性的范围称变量的作用域。不仅对于形参变量， Ｃ语言中所有的量都有自己的作用域。变量说明的方式不同，其作用域也不同。 Ｃ语言中的变量，按作用域范围可分为两种， 即局部变量和全局变量。

局部变量

局部变量也称为内部变量。局部变量是在函数内作定义说明的。其作用域仅限于函数内， 离开该函数后再使用这种变量是非法的。 例如：

int f1(int a) /*函数f1*/
{
int b,c; 
……
}a,b,c作用域
int f2(int x) /*函数f2*/
{
int y,z; 
}x,y,z作用域
main()
{
int m,n; 
}

m,n作用域 在函数f1内定义了三个变量，a为形参，b,c为一般变量。在 f1的范围内a,b,c有效，或者说a,b,c变量的作用域限于f1内。同理，x,y,z的作用域限于f2内。 m,n的作用域限于main函数内。关于局部变量的作用域还要说明以下几点：

1. 主函数中定义的变量也只能在主函数中使用，不能在其它函数中使用。同时，主函数中也不能使用其它函数中定义的变量。因为主函数也是一个函数，它与其它函数是平行关系。这一点是与其它语言不同的，应予以注意。
2. 形参变量是属于被调函数的局部变量，实参变量是属于主调函数的局部变量。
3. 允许在不同的函数中使用相同的变量名，它们代表不同的对象，分配不同的单元，互不干扰，也不会发生混淆。如在例5.3 中，形参和实参的变量名都为n，是完全允许的。4. 在复合语句中也可定义变量，其作用域只在复合语句范围内。例如：

main()
{
int s,a;
……
{
int b;
s=a+b; 
……b作用域 
}
……s,a作用域
}[例5.11]main()
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
if(i==3) printf("%d\n",k);
}
printf("%d\n%d\n",i,k);
}
main()
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
if(i=3) printf("%d\n",k);
}
printf("%d\n%d\n",i,k);
} 

本程序在main中定义了i,j,k三个变量，其中k未赋初值。 而在复合语句内又定义了一个变量k，并赋初值为8。应该注意这两个k不是同一个变量。在复合语句外由main定义的k起作用，而在复合语句内则由在复合语句内定义的k起作用。因此程序第4行的k为main所定义，其值应为5。第7行输出k值，该行在复合语句内，由复合语句内定义的k起作用，其初值为8，故输出值为8，第9行输出i，k值。i是在整个程序中有效的，第7行对i赋值为3，故以输出也为3。而第9行已在复合语句之外，输出的k应为main所定义的k，此k值由第4 行已获得为5，故输出也为5。

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