模块化程序设计

第四章模块化程序设计教学目的：模块程序设计是C程序合作编程序的方法，通过这一章的学习使学生能自己编C 程序中的函数，正确地调用函数，熟悉函数调用时形式参数和实在参数的关系。

通过变量的存储类型，能正确使用各种不同存储类型的变量编程序。

重点难点：函数的嵌套调用及函数的递归调用。

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C程序结构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。

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：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、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)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）.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：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 add(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)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。

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。

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=1205*fac(4) fac(4)=4*f(3)=4*3*2*1=244*fac(3) fac(3)=3*fac(2)=3*2*1=63*fac(2) fac(2)=2*fac(1)=2*1=22*fac(1) fac(1)=1*fac(0)=1*1=11*fac(0) fac(0)=1fac(int 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 (m<0) 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=8fun(5,&x) fun(5,&x)=fun(4,&x)+fun(3,&x) =3+2=5fun(4,&x) fun(4,&x)=fun(3,&x)+fun(2,&x) =2+1=3fun(3,&x) fun(3,&x)=fun(2,&x)+fun(1,&x) =1+1=2fun(2,&x) fun(2,&x)=1fun(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)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)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。

⒈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。

⒉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。