函式：把程式拆成一塊一塊

為什麼要把程式拆成一塊一塊

到目前為止，你的程式都是一條長長的故事：宣告變數、用控制流程做決定、稍微迴圈一下、印出結果。十行的程式這樣寫沒問題，但到了兩百行就會崩壞，因為你開始把同樣的五行工作複製到三個不同的地方，當其中一份有錯誤時，另外兩份還是錯的。函式就是解藥：一段有名字、可重複使用的工作，你只寫一次，需要時就用名字呼叫它。

你可以把函式想成一台小機器，有個放輸入的投入口，和一個吐出結果的滑槽。你遞給它一些值，它在關起來的門後做完工作，再遞回一個結果給你。要使用它，你不需要知道它內部怎麼運作——你只需要它的名字，以及它期待收到什麼。其實你一直都在用函式：print 是函式，連你程式的進入點 main() 也是函式。

函式定義的解剖學

一個函式定義有四個部分，一旦你能說出它們的名字，你就能讀懂任何 C 檔裡的任何函式。先是回傳型別（會回傳什麼），接著是名字，然後是括號裡的參數列（要傳進去什麼），最後是大括號裡的本體（實際工作）。下面這個函式回傳兩個整數中較大的那個。

由左讀到右，那行標頭是 `int max_of(int a, int b)`：回傳型別 `int`、名字 `max_of`、兩個參數 `int a` 和 `int b`。大括號裡的本體做實際工作——`if (a > b) return a;` 接著 `return b;`——而呼叫處寫成 `int biggest = max_of(7, 3);`，之後 `biggest` 就裝著 7。括號裡的 `a` 和 `b` 是參數：嶄新的區域變數，只在函式執行期間存在。你在呼叫處寫的 7 和 3 則是引數。

關鍵字 return 同時做兩件事：交回一個值，並立刻結束函式——寫在 return 後面、若被執行到的程式碼都會被跳過。回傳型別是 `void` 的函式什麼都不交回，它純粹是為了效果而被呼叫，例如印東西。一旦你能認出那四個部分——回傳型別、名字、參數、本體——你就能讀懂任何 C 檔裡的任何函式。

引數是被複製進去的：傳值

這是關於 C 函式最重要的一條規則，也是初學者最常絆倒的地方：C 是傳值。當你呼叫 max_of(7, 3) 時，函式拿到的不是你原本的變數，而是它們的值的全新副本。函式對它的參數做什麼，只會改到它自己的私有副本；呼叫處那邊的變數完全不受影響。

把它講具體。假設 `void try_to_change(int n)` 只做一件事 `n = 999;`，而你這樣呼叫它：`int x = 5; try_to_change(x);`。呼叫之後，`x` 仍然是 5——那次賦值落在函式的私有副本上，而那個副本在函式回傳時就被丟掉了。對參數賦值改的是副本，永遠不是呼叫者的變數。

原型：在你說之前先告訴編譯器

C 編譯器由上而下讀你的檔案，只讀一次。如果 main() 在編譯器看到 max_of 的定義之前就呼叫了它，編譯器並不知道 max_of 期待什麼引數、會回傳什麼。解法是函式原型：在任何呼叫之前，寫一行宣告函式形狀的程式碼，把本體換成一個分號。

具體來說，你在檔案上方寫 `int max_of(int a, int b);`——和定義一模一樣的標頭，但結尾是分號而不是本體。如此一來，即使完整定義 `int max_of(int a, int b) { return a > b ? a : b; }` 出現在檔案更下面，`main` 仍能呼叫 `max_of(7, 3)`：原型早就告訴編譯器這個呼叫是合法的。有了原型，呼叫就能寫在定義之前。

原型正是大型程式跨檔案分工的方式：一個檔案列出原型（標頭檔），其他檔案提供本體，每個名字的作用域因而能被乾淨地管理。標頭檔你會在後面的一級正式認識。現在請開著警告編譯——「gcc -Wall main.c」——並把「implicit declaration of function」當成編譯器在提醒你少了原型，而不是可以忽略的雜訊。

遞迴：呼叫自己的函式

因為每次呼叫都拿到自己參數的私有副本，函式甚至可以呼叫自己。這就是遞迴，它在那些能整齊地折疊成自身較小版本的問題上特別出色。n 的階乘等於 n 乘以 (n 減 1) 的階乘——同樣的問題，小一號——一直折到小到答案顯而易見為止。那個顯而易見的情況叫基本情況，忘了它正是遞迴出錯的原因。

先寫基本情況：最小的、你能直接說出答案的輸入（這裡是 0 的階乘為 1）。沒有它，函式就永遠停不下來。
再寫遞迴情況：用同一個函式作用在更小輸入上的結果，來表達答案（n 乘以 (n 減 1) 的階乘）。
確保每次遞迴呼叫都嚴格朝基本情況靠近，否則它會無限遞迴，把呼叫堆疊擠爆。

unsigned long factorial(unsigned n) {
    if (n == 0) return 1;            /* base case            */
    return n * factorial(n - 1);     /* recursive case       */
}

factorial(3) 呼叫 factorial(2)、再呼叫 factorial(1)、再呼叫 factorial(0)，接著答案層層折回。

main 也只是個函式

你剛學的一切都適用於 main()，也就是系統用來啟動你程式的那個函式。它回傳一個 int——這個整數會成為程式的結束狀態，其中 0 代表成功——而作業系統可以把命令列上的引數交給它。那組引數通常寫成一個數量加上一串字串；那個參數列確切的寫法（包括需要用到雙星號的那一個）放在詞彙表的範例裡，但概念很單純：你在程式名稱後面打的字，會像任何其他函式的參數一樣，作為引數送進 main。

執行「$ ./a.out」，main 就在沒有額外引數的情況下執行；執行「$ ./a.out hello 42」，這兩個字就會出現在 main 裡面供你讀取。這跟 max_of 是同一套機制，只是放大到你的程式與外界之間的邊界。一旦你抓到函式的感覺，程式就不再是一整面程式碼牆，而變成一個由有名字的小塊組成的小社會，每塊做一件事、互相呼叫——這正是你接下來面對結構與標準函式庫時所需要的心態。