【函數(shù)基礎(chǔ)】

函數(shù)用于將程序代碼進(jìn)行分類管理，將實(shí)現(xiàn)一些功能的代碼放在一個(gè)函數(shù)內(nèi)，方便管理和修改，并且其它函數(shù)禁止使用本函數(shù)的數(shù)據(jù)（可通過指針參數(shù)繞過這一限制）。

函數(shù)外只能定義數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)，所有涉及程序執(zhí)行邏輯相關(guān)的代碼必須放在函數(shù)內(nèi)部。

函數(shù)外定義的數(shù)據(jù)稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)，所有函數(shù)都能使用。

函數(shù)內(nèi)定義的數(shù)據(jù)稱為局部數(shù)據(jù)，只有本函數(shù)可以使用。

?● 函數(shù)之間的通信

一個(gè)函數(shù)可以跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)函數(shù)執(zhí)行，調(diào)用者使用call指令跳轉(zhuǎn)到一個(gè)函數(shù)，被調(diào)用者執(zhí)行完畢后使用ret指令返回，當(dāng)然有些函數(shù)可能無需返回。

兩個(gè)函數(shù)之間跳轉(zhuǎn)執(zhí)行時(shí)，可能有通信需求，調(diào)用者需要向被調(diào)用者傳遞一些數(shù)據(jù)、或者被調(diào)用者執(zhí)行完畢后需要向調(diào)用者傳遞一些數(shù)據(jù)，函數(shù)之間的通信可以有多種方式，最簡(jiǎn)單的方式就是通過全局變量中轉(zhuǎn)，一方將通信數(shù)據(jù)寫入全局變量，另一方讀取全局變量獲得通信數(shù)據(jù)，但是這種方式無法保密，所有函數(shù)都可以讀寫全局變量，為了解決此問題，C語言提供了參數(shù)和返回值，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)函數(shù)之間的保密通信。

參數(shù)是函數(shù)內(nèi)的特殊局部數(shù)據(jù)，它由當(dāng)前函數(shù)定義、調(diào)用者進(jìn)行賦值，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)用者向被調(diào)用者傳遞數(shù)據(jù)，參數(shù)可以沒有，有可以有多個(gè)，可以是變量也可以是常量。

返回值用于實(shí)現(xiàn)被調(diào)用者向調(diào)用者傳遞數(shù)據(jù)，返回值只能有一個(gè)，通過寄存器傳遞。

main函數(shù)是自定義代碼的執(zhí)行入口，我們編寫的代碼從main函數(shù)開始執(zhí)行，main函數(shù)的返回值為int類型，一般返回一個(gè)0，作用是告知操作系統(tǒng)此程序正常執(zhí)行完畢，沒有出現(xiàn)異常情況。

【輸入輸出函數(shù)】

操作系統(tǒng)的主要作用有兩個(gè)：

1.管理程序的運(yùn)行。

2.提供程序需要的基礎(chǔ)功能，供程序調(diào)用執(zhí)行。

操作系統(tǒng)提供了一些可被程序調(diào)用的基礎(chǔ)功能，稱為系統(tǒng)調(diào)用，Linux程序使用終端輸出功能時(shí)可通過如下代碼實(shí)現(xiàn)：

rax、rdi，設(shè)置需要使用的系統(tǒng)調(diào)用，這里使用終端輸出功能。

rsi，設(shè)置要輸出數(shù)據(jù)的指針。

rdx，設(shè)置輸出字符串的長(zhǎng)度，不包含末尾空字符，UTF8字符集漢字占3個(gè)字節(jié)。

syscall指令，發(fā)出一個(gè)內(nèi)中斷，系統(tǒng)內(nèi)核接收到內(nèi)中斷后，根據(jù)寄存器中的參數(shù)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用。

創(chuàng)建一個(gè)源代碼文件a.c，將上述代碼保存在文件中，之后在終端內(nèi)輸入如下命令：gcc -masm=intel a.c，之后輸入 ./a.out 執(zhí)行程序，將會(huì)在終端內(nèi)輸出“阿貍”。

在高級(jí)編程語言中通過內(nèi)嵌匯編代碼的方式使用系統(tǒng)調(diào)用顯然太過繁瑣，C語言編譯器提供了一個(gè)函數(shù)庫(kù)，其實(shí)有些函數(shù)封裝了系統(tǒng)調(diào)用，我們可以使用這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)輸入輸出。

?● 輸出函數(shù) - printf

輸出函數(shù)可以向終端發(fā)送一些字符數(shù)據(jù)，終端接收到這些數(shù)據(jù)后進(jìn)行顯示，最常用的是printf函數(shù)，原型如下：

參數(shù)format，設(shè)置輸出字符串的指針。

執(zhí)行成功返回輸出字符的數(shù)量，執(zhí)行失敗返回-1。

使用終端輸出功能時(shí)，往往需要將一些數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字符編碼、然后合并到輸出字符串中，此時(shí)可以在輸出字符串中添加一些格式字符，之后將需要輸出的數(shù)值數(shù)據(jù)定義為參數(shù)，常用格式字符如下：

%c，將一個(gè)字符合并到輸出字符串中，不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

%s，將一個(gè)字符串合并到輸出字符串中，不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

%hd，將2字節(jié)的有符號(hào)數(shù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字符、并合并到輸出字符串中。

%d，同上，操作4字節(jié)數(shù)據(jù)。

%ld，同上，操作8字節(jié)數(shù)據(jù)。

%hu，將2字節(jié)的無符號(hào)數(shù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字符、并合并到輸出字符串中。

%u，同上，操作4字節(jié)數(shù)據(jù)。

%lu，同上，操作8字節(jié)數(shù)據(jù)。

%f，將float浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的字符、并合并到輸出字符串中，小數(shù)部分默認(rèn)顯示6位。

%lf，同上，操作double浮點(diǎn)數(shù)。

有些字符編碼起控制作用，不用來顯示，比如回車、換行，這些字符需要使用轉(zhuǎn)義字符表示。

有些字符與C語言關(guān)鍵詞重復(fù)，不能直接編寫，這些字符也需要使用轉(zhuǎn)義字符表示。

常用轉(zhuǎn)義字符如下：

\r，表示回車

\n，表示換行，在linux中可以使用換行表示“換行+回車”兩種功能。

\0，表示空字符

\t，表示水平空白

\v，表示垂直空白

\b，表示退格

\'，表示 ' 符號(hào)

\"，表示 " 符號(hào)

\?，表示 ? 符號(hào)

\\，表示 \ 符號(hào)

?● 輸入函數(shù) - scanf

用戶可以在終端內(nèi)輸入一個(gè)字符串傳遞給程序，之后程序使用輸入函數(shù)讀取這些數(shù)據(jù)，最常用的輸入函數(shù)是scanf，原型如下：

參數(shù)format，指定一個(gè)字符串，存儲(chǔ)格式字符（與printf對(duì)應(yīng)、功能相反），用于將用戶輸入的字符轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)值數(shù)據(jù)，設(shè)置了幾個(gè)格式字符就需要額外添加幾個(gè)變量指針作為參數(shù)，接收轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

Linux會(huì)為每個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入文件，存儲(chǔ)用戶在終端內(nèi)輸入的數(shù)據(jù)，用戶的輸入以換行結(jié)束，當(dāng)scanf函數(shù)中使用了%c格式字符時(shí)、或者使用getchar輸入函數(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)輸入文件內(nèi)的數(shù)據(jù)并不會(huì)完全讀取，下次執(zhí)行輸入函數(shù)時(shí)會(huì)繼續(xù)讀取上次剩余的數(shù)據(jù)，若不想使用之前剩余的數(shù)據(jù)，可以使用如下代碼清空標(biāo)準(zhǔn)輸入文件。

【數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式】

?● 全局?jǐn)?shù)據(jù)

全局變量會(huì)分配一段專用的虛擬地址存儲(chǔ)，可以稱其為全局變量段，全局變量段中未使用的部分操作系統(tǒng)全部設(shè)置為0，所以定義全局變量未賦值的話，默認(rèn)值為0。

全局常量也會(huì)分配一段專用的虛擬地址，可以稱其為全局常量段，此段虛擬地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)存頁(yè)會(huì)被操作系統(tǒng)設(shè)置為只讀，修改其中的數(shù)據(jù)會(huì)被CPU禁止。在開啟編譯優(yōu)化后，某些常量也會(huì)轉(zhuǎn)換為立即數(shù)尋址，增加執(zhí)行速度。

?● 局部數(shù)據(jù)

局部變量（包括參數(shù)）不需要在程序執(zhí)行期間一直存在，函數(shù)執(zhí)行完畢既刪除，操作系統(tǒng)為程序分配一個(gè)棧空間來存儲(chǔ)，所有函數(shù)共用此?？臻g，棧空間不會(huì)進(jìn)行初始化操作，定義局部變量不賦值的話，默認(rèn)值無法預(yù)測(cè)。

局部常量默認(rèn)使用棧存儲(chǔ)，開始編譯優(yōu)化后會(huì)轉(zhuǎn)換為立即數(shù)尋址，對(duì)于長(zhǎng)度較大的常量字符串，為了增加程序的執(zhí)行速度，會(huì)存儲(chǔ)在全局常量段中。

?● 靜態(tài)局部變量

可以在定義局部變量時(shí)添加static關(guān)鍵詞，表示定義靜態(tài)局部變量，靜態(tài)局部變量在全局變量段中存儲(chǔ)，所以它在程序執(zhí)行期間一直存在，它本質(zhì)上是在函數(shù)外定義的全局變量，但禁止其它函數(shù)使用，這個(gè)限制是由編譯器提供的，對(duì)程序進(jìn)行逆向分析并修改時(shí)，并不存在任何限制。

靜態(tài)局部變量的作用是保存函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果，當(dāng)此函數(shù)再次執(zhí)行時(shí)，會(huì)直接取上次保留的結(jié)果使用。

上面的代碼等同于如下代碼，只不過編譯器禁止其它函數(shù)使用變量a。

【數(shù)組作為參數(shù)和返回值】

參數(shù)和返回值只能是單個(gè)的數(shù)據(jù)，C語言將數(shù)組當(dāng)做多個(gè)數(shù)據(jù)的集合，而將結(jié)構(gòu)體當(dāng)做一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)對(duì)待，所以兩者在作為參數(shù)和返回值時(shí)會(huì)有不同的命運(yùn)。

?● 結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)

結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換為其所有成員作為參數(shù)。

編譯器會(huì)轉(zhuǎn)換為類似如下的代碼：

?● 數(shù)組作為參數(shù)

數(shù)組作為參數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為其指針作為參數(shù)，就比如printf的第一個(gè)參數(shù)為字符指針，但是我們直接使用字符串名為參數(shù)賦值也可以，編譯器會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為指針。

因?yàn)榫幾g器自動(dòng)將數(shù)組參數(shù)轉(zhuǎn)換為指針，所以f函數(shù)操作的其實(shí)是main函數(shù)內(nèi)的數(shù)組，f函數(shù)修改數(shù)組后，main函數(shù)調(diào)用的也是修改后的值，最終main函數(shù)輸出9。

若我們不希望f函數(shù)的修改影響main函數(shù)內(nèi)的數(shù)組，可以在傳遞參數(shù)時(shí)創(chuàng)建數(shù)組的副本，將副本傳遞給f函數(shù)，也可以將數(shù)組放在一個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)，此時(shí)編譯器不會(huì)將數(shù)組轉(zhuǎn)換為指針，而是將數(shù)組內(nèi)所有元素當(dāng)做參數(shù)。

?● 結(jié)構(gòu)體作為返回值

返回值只能是單個(gè)數(shù)據(jù)，在64位Linux程序中，整數(shù)型返回值使用rax寄存器保存，若返回一個(gè)結(jié)構(gòu)體，則編譯器自動(dòng)轉(zhuǎn)換為返回其指針，但函數(shù)執(zhí)行完畢后其使用的棧空間將被其它函數(shù)使用，此時(shí)局部結(jié)構(gòu)體的存儲(chǔ)地址將會(huì)被覆蓋，對(duì)于不同編譯器會(huì)使用不同方式解決此問題。

在GCC中，若返回一個(gè)局部結(jié)構(gòu)體實(shí)例，編譯器會(huì)自動(dòng)調(diào)整?？臻g的使用情況，下一個(gè)函數(shù)會(huì)自動(dòng)避開此結(jié)構(gòu)體使用的棧空間，防止被覆蓋。

在VC++中，若返回一個(gè)局部結(jié)構(gòu)體實(shí)例，會(huì)自動(dòng)為此函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針參數(shù)，通過指針修改接收返回值的結(jié)構(gòu)體，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體的返回。

VC++編譯器會(huì)轉(zhuǎn)換為類似如下的代碼：

?● 數(shù)組作為返回值

C語言將數(shù)組當(dāng)做一個(gè)數(shù)據(jù)的集合，而返回值只能是單個(gè)數(shù)據(jù)，所以數(shù)組不能直接返回，若需返回?cái)?shù)組，可以使用如下方式：

1.通過全局?jǐn)?shù)組進(jìn)行通信，無需返回。

2.函數(shù)內(nèi)定義一個(gè)指針參數(shù)，接收調(diào)用者定義的一個(gè)局部數(shù)組進(jìn)行使用，無需返回。

3.函數(shù)內(nèi)定義一個(gè)指針參數(shù)，通過指針修改對(duì)方函數(shù)內(nèi)的數(shù)組實(shí)現(xiàn)返回，就像VC++編譯器返回結(jié)構(gòu)體那樣。

4.將數(shù)組放在結(jié)構(gòu)體內(nèi)返回。

通過指針參數(shù)返回：

通過結(jié)構(gòu)體返回：

注：在VC++中可以直接返回局部數(shù)組的指針，在開啟內(nèi)聯(lián)函數(shù)功能時(shí)會(huì)正確執(zhí)行，但是這種方式是錯(cuò)誤的，不要被內(nèi)聯(lián)函數(shù)所迷惑。