暑期自学嵌入式——Day08（C语言阶段）
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目录
Day08
1. 函数：C 语言的模块化核心
一、函数的基本概念与结构
1. 核心定义：独立功能模块
2. 四要素（函数的 “身份证”）
3. 语法结构
二、函数的声明与调用
1. 声明：告诉编译器函数 “长什么样”
2. 调用：执行函数功能
三、关键概念：形参、实参与返回值
1. 形参 vs 实参（参数传递的核心）
2. 返回值：函数的输出
四、库函数与头文件
1. 头文件的作用
2. 常见库函数与对应头文件
五、常见错误与注意事项
六、知识小结
七、实践建议
2. 函数参数传递：从值传递到地址传递的全面解析
一、函数参数传递的三种方式
1. 全局变量传递（不推荐）
2. 复制传递（值传递）：形参是实参的 “副本”
3. 地址传递（指针传递）：通过指针修改实参
二、三种传递方式的对比
三、const 修饰符：保护数据不被修改
1. 常见用法：
四、常见错误与注意事项
五、知识小结
六、实践建议
3. 数组的传参方法：从一维数组到字符串的实战解析
一、数组传参的两种核心方式
1. 地址传递（默认方式，推荐）
2. 复制传递（不推荐，仅特殊场景使用）
二、一维数组传参的核心问题：元素个数的传递
1. 典型错误：在函数内用sizeof计算长度
2. 正确做法：主函数计算长度并传递
三、字符串（字符数组）的传参特殊性
1. 案例：删除字符串中的空格（双指针法）
2. 关键技巧：双指针法
四、数组与字符串传参的对比
五、常见错误与注意事项
六、知识小结
七、实践建议
4. 指针函数 1 ：内存管理的核心战场
一、指针函数的本质与致命陷阱
二、四种合法的返回值类型
1. 全局变量地址
2. 静态变量地址（推荐）
3. 字符串常量地址（只读场景）
4. 动态分配的内存（灵活但需谨慎）
三、内存管理的黄金法则
四、实战案例：字符串处理函数设计
1. 错误案例：返回局部数组
2. 正确方案：静态变量
3. 正确方案：动态内存
五、常见错误与防御性编程
六、知识小结
七、实践建议
Day08
1. 函数：C 语言的模块化核心
函数是 C 语言中实现代码模块化的基础，通过封装特定功能实现代码复用与工程化管理。以下从基本概念到实战应用全面解析函数的核心知识。
一、函数的基本概念与结构
1. 核心定义：独立功能模块
函数是完成特定功能的独立代码块，具有明确的输入（参数）和输出（返回值），例如：
-
printf：实现输出功能； -
strcpy：实现字符串拷贝功能。
2. 四要素（函数的 “身份证”）
power（表示求幂运算）double x, int n（底数 x 和指数 n）voiddouble（返回计算结果）{}包裹的代码，实现具体功能xⁿ的代码3. 语法结构
返回值类型 函数名(参数列表) { // 函数体：实现功能的语句 return 结果; // 非void函数必须有return}
-
示例：求 x 的 n 次方函数
double power(double x, int n) { // 声明：返回double，接收double和int参数 double result = 1; for (int i = 0; i < n; i++) { // 函数体：循环累乘 result *= x; } return result; // 返回结果}
二、函数的声明与调用
1. 声明：告诉编译器函数 “长什么样”
函数声明（原型）用于通知编译器函数的返回值类型、名称和参数类型，格式为：
返回值类型 函数名(参数类型1, 参数类型2, ...); // 形参名可省略
-
示例：
power函数的声明double power(double, int); // 合法：形参名可省略// 或更清晰的写法（推荐）double power(double x, int n); // 保留形参名，便于理解
-
核心作用：确保函数调用时参数类型、数量与声明一致，避免编译错误。
2. 调用：执行函数功能
函数调用需通过 “函数名 + 参数” 触发，执行流程为：
-
从
main函数开始执行； -
遇到调用语句时，跳转到函数体执行；
-
函数执行完毕（遇到
return或}），返回调用处继续执行。
-
调用格式：
// 1. 无返回值函数（仅执行操作）函数名(实参); // 如：printf(\"Hello\");// 2. 有返回值函数（可接收结果或作为表达式一部分）变量 = 函数名(实参); // 如：double res = power(2, 5);
-
示例：调用
power函数#include // 函数声明（必须在调用前）double power(double x, int n);int main() { double x = 2.5; int n = 2; // 调用函数并接收结果 double res = power(x, n); printf(\"结果：%.2lf\", res); // 输出：6.25 return 0;}// 函数实现（定义）double power(double x, int n) { double result = 1; for (int i = 0; i < n; i++) { result *= x; } return result;}
三、关键概念：形参、实参与返回值
1. 形参 vs 实参（参数传递的核心）
power函数调用）double x, int n（power的形参）x=2.5, n=2（调用时的实参）-
传递规则：实参的值会 “拷贝” 给形参，函数内部修改形参不影响实参（值传递特性）。
2. 返回值：函数的输出
-
作用：将函数计算结果传递回调用处，通过
return语句实现。 -
规则：
-
非
void函数必须有return语句，且返回值类型需与函数声明一致； -
void函数（无返回值）可省略return，或用return;直接结束函数。
-
-
示例：
// 非void函数：必须返回对应类型值int add(int a, int b) { return a + b; // 返回int类型，与函数声明一致}// void函数：无返回值void print_hello() { printf(\"Hello\"); // 可省略return}
四、库函数与头文件
库函数是系统提供的现成函数（如printf、strcpy），使用时需通过头文件获取函数原型。
1. 头文件的作用
头文件（如）包含库函数的原型声明，告诉编译器函数的参数、返回值等信息，避免 “隐式声明” 错误。
-
示例：使用
printf必须包含：#include // 提供printf的原型声明int main() { printf(\"Hello\"); // 编译器通过头文件确认printf的合法性 return 0;} -
为什么需要头文件？ 库函数的实现（如
printf的具体代码）存储在系统库中，头文件仅提供 “接口说明”，确保调用时参数正确。
2. 常见库函数与对应头文件
printfstrcpymallocsqrt五、常见错误与注意事项
-
函数未声明或声明在后：
int main() { power(2, 3); // 错误：power未在调用前声明}double power(double x, int n) { ... }解决：在
main前添加声明double power(double, int);。 -
形参与实参类型不匹配：
power(\"2\", 3); // 错误：实参\"2\"是字符串，形参x是double
解决：确保实参类型与形参一致（如
power(2.0, 3)）。 -
非 void 函数缺少 return：
int add(int a, int b) { // 缺少return，编译器警告}解决：添加
return a + b;。 -
修改形参无法改变实参：
void change(int a) { a = 10; } // 形参是拷贝，不影响实参int main() { int x = 5; change(x); printf(\"%d\", x); // 输出5（x未被修改） return 0;}原因：C 语言默认是 “值传递”，后续可通过指针解决此问题。
六、知识小结
strcpy）；忘记包含头文件的 “隐式声明” 错误power(x, n)通过循环累乘实现；参数类型（double 接收实数）与循环逻辑（n 次乘法）七、实践建议
-
函数设计原则：
-
单一功能：一个函数只做一件事（如
power只负责求幂）； -
命名规范：见名知意（如
calculate_average表示求平均值）。
-
-
调试技巧：
-
调用函数前打印实参，确认输入正确；
-
在函数内部打印中间结果，检查逻辑是否正确。
-
-
头文件使用：
-
自定义函数时，可将声明放在自建头文件（如
myfunc.h），实现放在.c文件中，模拟库函数的 “声明 - 实现分离”。
-
通过函数的模块化设计，能有效管理复杂程序，为后续学习指针函数、递归等高级特性奠定基础。
2. 函数参数传递：从值传递到地址传递的全面解析
函数参数传递是 C 语言中数据交互的核心机制，不同传递方式直接影响函数对实参的修改能力。以下从基础概念到实战应用，详解三种传递方式的原理与适用场景。
一、函数参数传递的三种方式
C 语言中函数参数传递主要有全局变量传递、复制传递（值传递）、地址传递（指针传递） 三种方式，其中后两种是主流用法。
1. 全局变量传递（不推荐）
-
核心特性： 全局变量定义在所有函数外部，所有函数均可直接访问和修改，无需通过参数传递。
int g_num = 10; // 全局变量void add() { g_num += 5; // 直接修改全局变量}int main() { add(); printf(\"%d\", g_num); // 输出15（全局变量被修改） return 0;} -
优缺点：
-
优点：无需参数传递，实现数据共享；
-
缺点：任何函数都能修改全局变量，导致程序行为难以预测（耦合度高、调试困难）。
-
-
适用场景：几乎不推荐，仅临时测试或极简单程序使用。
2. 复制传递（值传递）：形参是实参的 “副本”
-
核心原理： 函数调用时，实参的值会被拷贝到形参，形参是新开辟的独立存储空间，与实参无关。函数内部修改形参，不会影响实参。
-
示例：求 x 的 n 次方（无需修改实参）
double power(double x, int n) { // x、n是形参（实参的副本） double res = 1; for (int i = 0; i < n; i++) { res *= x; x += 1; // 修改形参x，不影响实参 } return res;}int main() { double a = 2.0; int b = 3; double result = power(a, b); // 实参a=2.0，b=3 printf(\"a=%lf, result=%lf\", a, result); // 输出：a=2.000000, result=24.000000 return 0;}-
分析：形参
x在函数内被修改为 3、4，但实参a仍为 2.0（形参独立于实参）。
-
-
适用场景： 适用于无需修改实参的场景（如计算、查询），是最常用的传递方式。
3. 地址传递（指针传递）：通过指针修改实参
当需要在函数内部修改实参时，必须使用地址传递 —— 实参传递变量地址，形参通过指针接收并间接访问实参。
-
核心原理： 实参是
&变量（地址），形参是同类型指针（如int *x）。函数内部通过*x（解引用）直接操作实参的内存空间，实现对实参的修改。 -
示例：交换两个变量的值（必须修改实参）
// 函数：通过指针交换实参的值void swap(int *x, int *y) { // x、y是指针，接收实参地址 int temp = *x; // *x访问实参a的内存 *x = *y; // 修改实参a的值 *y = temp; // 修改实参b的值}int main() { int a = 10, b = 20; swap(&a, &b); // 传递a、b的地址 printf(\"a=%d, b=%d\", a, b); // 输出：a=20, b=10（实参被修改） return 0;} -
关键语法：
-
形参声明：
int *x（指针类型，用于接收地址）； -
实参传递：
&a（取变量地址）； -
修改操作：
*x = ...（解引用指针，直接操作实参内存）。
-
-
适用场景：
-
需要修改实参（如交换、排序）；
-
传递大型数据（如数组、结构体），避免值传递的拷贝开销。
-
二、三种传递方式的对比
power、add）&a）int *x）swap、数组处理）三、const 修饰符：保护数据不被修改
在地址传递中，可用const修饰指针参数，防止函数意外修改实参，增强代码安全性。
1. 常见用法：
-
const int *x：指针x可指向不同地址，但不能通过*x修改目标值（保护实参）； -
int *const x：指针x的指向不可改，但可通过*x修改目标值（固定指向）； -
const int *const x：指针指向和目标值均不可改（完全只读）。 -
示例：只读访问字符串（不修改原数据）
// 函数：统计字符串长度（无需修改原字符串）int str_len(const char *s) { // const保护原字符串不被修改 int len = 0; while (*s != \'\\0\') { len++; s++; // 指针可移动（非const指针） // *s = \'A\'; // 错误：const禁止修改目标值 } return len;}
四、常见错误与注意事项
-
混淆值传递与地址传递的效果： 用值传递实现交换函数（错误）：
void swap(int x, int y) { // 错误：值传递，形参独立 int temp = x; x = y; y = temp; // 仅修改形参，实参不变}解决：改用地址传递（
int *x, int *y）。 -
指针未解引用导致修改失败：
void swap(int *x, int *y) { int *temp = x; // 错误：交换指针本身，未修改实参 x = y; y = temp;}解决：通过
*x和*y操作实参内存（int temp = *x; *x = *y;）。 -
滥用全局变量： 用全局变量传递数据导致代码耦合（一个函数修改全局变量，其他函数结果不可控）。 解决：优先使用参数传递（值传递或地址传递），减少全局变量。
-
const 修饰符使用错误：
void print(const int *x) { *x = 10; // 错误：const禁止修改目标值}解决：
const参数仅用于只读操作，不修改目标数据。
五、知识小结
power）*x修改实参int *x接收&a；解引用*x才能修改实参；交换函数是典型应用const char *s）；增强代码安全性const在*前修饰目标（*x不可改），在*后修饰指针（x不可改）strlen）的参数设计原理六、实践建议
-
优先使用值传递：对于简单计算（如求和、求幂），值传递最安全（避免意外修改实参）。
-
必要时用地址传递：需修改实参（如排序、交换）或传递大型数据时，用指针传递。
-
善用 const 保护数据：对只读参数（如字符串、配置数据）添加
const，防止误修改。 -
禁止滥用全局变量：通过参数传递明确数据流向，降低代码耦合度。
通过理解三种传方式的内存机制，能合理选择参数传递方式，写出安全、高效的函数。
3. 数组的传参方法：从一维数组到字符串的实战解析
数组作为 C 语言中常用的数据结构，其传参方式直接影响函数对数组的操作效率和安全性。本文围绕一维数组和字符串的传参逻辑，结合实例详解核心原理与应用技巧。
一、数组传参的两种核心方式
数组传参的本质是地址传递（区别于普通变量的值传递），但根据是否需要修改原数组，可分为两种使用场景：
1. 地址传递（默认方式，推荐）
-
核心特性： 实参传递数组名（本质是首地址），形参通过指针接收，函数内部操作直接影响原数组（无需拷贝副本，效率高）。
-
形参的两种等效声明：
// 方式1：数组形式（直观，本质是指针）void func(int arr[], int n) { ... }// 方式2：指针形式（更贴合本质）void func(int *arr, int n) { ... } -
调用方式：
int a[] = {1, 2, 3};int len = sizeof(a) / sizeof(int); // 主函数中计算真实长度func(a, len); // 传递数组名（首地址）和长度 -
关键原理： 形参
arr[]或int *arr本质是指针（存储数组首地址），函数内部通过arr[i]或*(arr + i)访问原数组元素。
2. 复制传递（不推荐，仅特殊场景使用）
-
核心特性： 手动创建原数组的副本，函数操作副本不影响原数组（需额外内存，效率低）。
-
实现方式：
// 复制数组并操作副本void func(int *src, int *dest, int n) { // 拷贝原数组到副本 for (int i = 0; i < n; i++) { dest[i] = src[i]; } // 操作副本（不影响原数组） dest[0] = 100;}// 调用：需提前创建副本数组int a[] = {1, 2, 3};int b[3]; // 副本数组func(a, b, 3); // 原数组a不变，副本b被修改 -
适用场景： 需保护原数组且数据量较小时使用（如敏感配置数据）。
二、一维数组传参的核心问题：元素个数的传递
普通数组（如int数组）没有终止标志，传参时必须额外传递元素个数，否则无法确定遍历范围。
1. 典型错误：在函数内用sizeof计算长度
// 错误示例：函数内用sizeof计算数组长度int sum(int arr[]) { int len = sizeof(arr) / sizeof(int); // 错误！arr是指针，sizeof(arr)=4 int s = 0; for (int i = 0; i < len; i++) { // len=1，仅遍历第一个元素 s += arr[i]; } return s;}
-
错误原因： 形参
arr[]本质是指针（int *arr），sizeof(arr)在 32 位系统中为 4 字节，除以int的 4 字节得到len=1，导致遍历不完整。
2. 正确做法：主函数计算长度并传递
// 正确示例：额外传递元素个数int sum(int arr[], int len) { // 接收长度参数 int s = 0; for (int i = 0; i < len; i++) { s += arr[i]; } return s;}// 调用int main() { int a[] = {1, 2, 3, 4}; int len = sizeof(a) / sizeof(int); // 主函数计算真实长度 printf(\"和为：%d\", sum(a, len)); // 输出10 return 0;}
三、字符串（字符数组）的传参特殊性
字符串以\'\\0\'为终止标志，传参时无需额外传递长度，可通过\'\\0\'判断结束。
1. 案例：删除字符串中的空格（双指针法）
// 函数：删除字符串中所有空格，直接修改原字符串void del_space(char *str) { char *s1 = str; // 快指针：遍历所有字符 char *s2 = str; // 慢指针：记录非空格字符 while (*s1 != \'\\0\') { // 以\'\\0\'为终止条件，无需额外传长度 if (*s1 != \' \') { // 非空格字符：赋值给慢指针位置 *s2 = *s1; s2++; // 慢指针后移 } s1++; // 快指针始终后移 } *s2 = \'\\0\'; // 手动添加终止符（覆盖剩余字符）}// 调用int main() { char s[] = \"a b c d\"; // 字符数组（可修改） del_space(s); printf(\"%s\", s); // 输出\"abcd\" return 0;}
2. 关键技巧：双指针法
-
快指针（
s1）：负责遍历原字符串，跳过空格； -
慢指针（
s2）：负责记录非空格字符，实现 “原地修改”； -
最后补
\'\\0\'：确保字符串正确终止（覆盖原字符串中剩余的空格或字符）。
四、数组与字符串传参的对比
int）int arr[] 或 int *arrchar数组）\'\\0\'char str[] 或 char *str五、常见错误与注意事项
-
字符串常量无法修改：
char *s = \"a b c\"; // 指向字符串常量（只读）del_space(s); // 错误！尝试修改常量区数据
解决：用字符数组
char s[] = \"a b c\";（可修改）。 -
忘记传递普通数组的长度：
sum(a); // 错误！未传递长度，函数无法遍历
解决：始终传递
sum(a, len)，len在主函数中计算。 -
双指针法遗漏
\'\\0\'： 删除空格后未补*s2 = \'\\0\'，导致输出乱码。 解决：循环结束后必须添加终止符。
六、知识小结
int arr[]本质是int *arrsizeof在形参中失效（返回指针大小）；必须在主函数计算长度并传递\'\\0\'判断结束；形参char str[]本质是char *strchar *s）不可修改；字符数组（char s[]）可修改\'\\0\'七、实践建议
-
普通数组传参步骤：
-
主函数计算长度：
len = sizeof(a) / sizeof(a[0])； -
传递数组名和长度：
func(a, len)； -
函数内用
len控制遍历。
-
-
字符串处理技巧：
-
用字符数组存储可修改的字符串；
-
双指针法实现原地修改（高效，无额外内存）；
-
始终检查
\'\\0\'作为终止条件。
-
-
调试方法：
-
打印数组长度和指针地址，验证遍历范围；
-
字符串处理后打印
*s2位置，确认\'\\0\'已添加。
-
掌握数组与字符串的传参逻辑，能高效处理批量数据，为后续二维数组、结构体传参奠定基础。
4. 指针函数 1 ：内存管理的核心战场
指针函数作为 C 语言中最具威力的特性之一，其核心难点在于返回指针的生命周期管理。理解不同存储类型的特性，是避免 \"野指针\" 和内存泄漏的关键。
一、指针函数的本质与致命陷阱
指针函数是返回值为地址（指针）的函数，但并非所有地址都能安全返回。最常见的错误是返回局部变量的地址：
// 错误示例：返回局部数组的地址char* get_string() { char str[10]; // 局部数组（栈内存） strcpy(str, \"hello\"); return str; // 错误！函数返回后str内存被回收}int main() { char* p = get_string(); // p指向已释放的内存 printf(\"%s\", p); // 可能输出乱码或崩溃 return 0;}
-
错误本质： 局部变量存储在栈内存，函数返回时栈帧被销毁，内存被系统回收。此时返回的指针成为 \"野指针\"，访问它会导致未定义行为（如乱码、崩溃）。
二、四种合法的返回值类型
为确保返回的指针有效，必须指向以下四种内存区域：
1. 全局变量地址
char global_str[20]; // 全局变量（静态区）char* get_string() { strcpy(global_str, \"hello\"); return global_str; // 安全：全局变量生命周期为整个程序}
-
优点：简单直接；
-
缺点：破坏封装性（全局可见），易引发命名冲突。
2. 静态变量地址（推荐）
char* get_string() { static char str[20]; // 静态变量（静态区） strcpy(str, \"hello\"); return str; // 安全：静态变量生命周期为整个程序}
-
优点：变量仅在函数内可见，保持封装性；
-
缺点：多次调用会覆盖上次结果（线程不安全）。
3. 字符串常量地址（只读场景）
char* get_string() { return \"hello\"; // 安全：字符串常量存储在只读区}int main() { char* p = get_string(); // *p = \'H\'; // 错误！尝试修改只读内存 return 0;}
-
适用场景：返回固定字符串（如配置信息）；
-
限制：不可修改字符串内容（否则段错误）。
4. 动态分配的内存（灵活但需谨慎）
char* get_string() { char* str = malloc(20); // 堆内存 if (str == NULL) exit(1); // 检查分配失败 strcpy(str, \"hello\"); return str; // 安全：堆内存需手动释放}int main() { char* p = get_string(); printf(\"%s\", p); free(p); // 必须释放！否则内存泄漏 return 0;}
-
优点：每次调用返回独立内存，可修改内容；
-
风险：必须由调用者负责
free()，否则导致内存泄漏。
三、内存管理的黄金法则
四、实战案例：字符串处理函数设计
1. 错误案例：返回局部数组
// 错误：返回局部数组地址char* remove_spaces(char* input) { char result[100]; // 局部数组 int j = 0; for (int i = 0; input[i] != \'\\0\'; i++) { if (input[i] != \' \') { result[j++] = input[i]; } } result[j] = \'\\0\'; return result; // 错误！返回局部变量地址}
2. 正确方案：静态变量
// 方案1：静态变量（适合不需要线程安全的场景）char* remove_spaces(char* input) { static char result[100]; // 静态数组 int j = 0; for (int i = 0; input[i] != \'\\0\'; i++) { if (input[i] != \' \') { result[j++] = input[i]; } } result[j] = \'\\0\'; return result; // 安全：静态变量生命周期为整个程序}
3. 正确方案：动态内存
// 方案2：动态内存（适合需要独立副本的场景）char* remove_spaces(char* input) { char* result = malloc(strlen(input) + 1); // 分配足够内存 if (result == NULL) exit(1); int j = 0; for (int i = 0; input[i] != \'\\0\'; i++) { if (input[i] != \' \') { result[j++] = input[i]; } } result[j] = \'\\0\'; return result; // 安全：需调用者free()}// 调用者必须释放内存int main() { char* s = remove_spaces(\"hello world\"); printf(\"%s\\n\", s); free(s); // 关键！避免内存泄漏 return 0;}
五、常见错误与防御性编程
-
混淆静态变量与局部变量：
char* func() { char str[10]; // 局部变量（错误） static char s[10]; // 静态变量（正确） return str; // 致命错误！}防御：检查返回的指针是否指向栈内存（局部变量）。
-
忘记释放动态内存：
void leak_memory() { char* p = malloc(100); // 使用p... // 忘记free(p)！} // 内存泄漏：p指向的内存无法再被访问防御：遵循 \"谁分配，谁释放\" 原则，或在文档中明确告知调用者。
-
修改字符串常量：
char* s = \"hello\";s[0] = \'H\'; // 段错误！尝试修改只读内存
防御：使用字符数组存储可修改的字符串：
char s[] = \"hello\";。
六、知识小结
数据类型 *函数名()数据类型 (*指针名)()）；返回值必须指向有效内存static延长变量生命周期，保持封装性malloc分配内存，调用者负责freefree导致内存泄漏；malloc后需检查NULL（防止空指针）\"hello\"），但不可修改内容char* s = \"hi\"（只读）和char s[] = \"hi\"（可写）七、实践建议
-
优先使用静态变量： 若函数无需线程安全（单线程环境），优先用
static变量返回结果（简单高效）。 -
动态内存的使用场景： 当需要多次调用且每次结果独立时（如多线程），使用
malloc分配内存，并确保：-
调用者文档中明确标注
free()责任； -
分配后立即检查
NULL（防止空指针）。
-
-
字符串常量的安全使用： 仅在返回固定不变的字符串时使用（如配置信息），禁止修改内容。
-
调试技巧：
-
用
valgrind检测内存泄漏； -
对返回的指针添加
assert(p != NULL)检查； -
避免复杂函数嵌套返回指针（保持逻辑清晰）。
-
通过严格控制指针的生命周期，指针函数能成为高效编程的利器，否则将成为程序崩溃的导火索。
