函數和棧管理

1. 介紹

從 JavaScript 函數到 C 函數

在 JavaScript 中，函數是一等物件，具有閉包、自動記憶體管理和靈活的參數處理。在 C 中，函數更加原始，但提供了對記憶體、棧管理和效能優化的精確控制。

C 函數是模組化程式設計的基礎建構塊，提供：

• 程式碼重用和組織
• 對記憶體分配的精確控制
• 效能優化機會
• 系統級程式設計能力

💡 核心概念: C 函數在呼叫棧上執行，每次函數呼叫都會建立一個棧幀，包含區域變數、參數和返回位址。理解棧管理對記憶體安全和效能至關重要。

2. 函數基礎

2.1 函數宣告和定義

2.2 函數參數和棧幀

2.3 棧幀結構

3. 遞歸和棧管理

3.1 遞歸函數

3.2 棧溢出和記憶體管理

4. 函數指標

4.1 函數指標基礎

4.2 函數指標作為回調

5. 可變參數和高級特性

5.1 可變參數函數

5.2 內聯函數和優化

6. 練習

練習 1: 遞歸陣列處理

編寫一個 C 函數，遞歸查找陣列中的最大值。

練習 2: 函數指標計算器

使用函數指標建立計算器。

7. 總結

涵蓋的核心概念

1. 函數宣告和定義: C 函數需要顯式宣告，具有嚴格的參數型別
2. 棧幀: 每次函數呼叫都建立一個棧幀，包含區域變數、參數和返回位址
3. 參數傳遞: C 預設使用按值傳遞，但指標可以實現按參考傳遞行為
4. 遞歸: C 支援遞歸，但需要小心棧管理以避免溢出
5. 函數指標: 實現動態函數選擇和回調機制
6. 可變參數: 使用 stdarg.h 允許函數接受可變數量的參數
7. 內聯函數: 向編譯器提供效能優化提示

記憶體管理考慮

• 棧變數: 隨函數呼叫自動分配和釋放
• 棧溢出: 深度遞歸可能導致棧溢出；對大型問題使用迭代
• 函數指標: 與動態分配一起使用時需要小心記憶體管理
• 可變參數: 需要正確使用 va_start 和 va_end 進行初始化和清理

最佳實踐

1. 始終宣告函數原型在使用前
2. 在函數宣告中使用有意義的參數名
3. 在遞歸函數中檢查棧溢出
4. 使用函數指標實現靈活、可重用的程式碼
5. 對效能關鍵程式碼優先使用迭代而非遞歸
6. 對小而頻繁呼叫的函數使用內聯函數
7. 小心處理可變參數並進行適當的型別檢查

效能提示

• 內聯函數: 對小而頻繁呼叫的函數使用 inline 關鍵字
• 函數指標: 可能增加輕微開銷但提供靈活性
• 遞歸 vs 迭代: 根據問題複雜性和棧使用情況選擇
• 棧管理: 了解環境中的棧大小限制

理解 C 函數和棧管理對於編寫高效、安全、可維護的程式碼至關重要。這些概念為系統程式設計和效能優化等更高級主題奠定了基礎。