C 中是否有类似于 Fortran 中的子程序？

Question

长期以来，我一直在使用 Fortran，最近我决定学习 C。虽然我了解 C 中的函数是如何工作的，但我很难找到有关如何在 C 中实现与 Fortran 子例程等效的信息的信息。这个概念是否存在完全用 C 语言？

考虑一下这个 Fortran 代码：

module myMod
  implicit none
  contains

    function func(a, b)
      integer :: func
      integer, intent(IN) :: a, b
      func = a + b
    end function func

    subroutine sub(a, b, c)
      integer, intent(INOUT) :: a, b
      integer, intent(OUT) :: c
      a = a * b
      b = 3 * a
      c = a + b
    end subroutine sub

end module myMod

program example
  use myMod
  implicit none
  integer :: i, j, k

  i = 1
  j = 2

  k = func(i,j)
  print*, k

  call sub(i,j,k)
  print*, i, j, k

end program example

模块 myMod 中的函数翻译成 C 语言是微不足道的，但是子例程呢？有没有办法做类似的事情？

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编辑：例如，下面的代码没有输出我所期望的：

#include <stdio.h>

void subroutine(int num1, int num2) {
    num1 -= 1;
    num2 *= 2;
    printf("this has been executed! \n");
}

int main () {

    int a = 10;
    int b = 10;

    subroutine(a,b);
    printf( "a = %d, b = %d \n", a, b);

    return 0;
}

它输出：

this has been executed!
a = 10, b = 10 

而不是预期的：

this has been executed!
a = 9, b = 20 

那么为什么不像 Fortran 子例程那样在该 void 函数中修改变量 a 和 b？

Answer 1

您可以将函数定义为返回类型为void，这意味着它不返回任何内容。

返回类型为void 的函数可以使用没有值的return 关键字，但不需要使用return。

你可以把上面的子程序翻译成如下：

void sub(int *a, int *b, int *c)
{
    *a = (*a) * (*b);
    *b = 3 * (*a);
    *c = (*a) + (*b);
    printf("a=%d, b=%d, c=%d\n", *a, *b, *c);
}

然后这样称呼它：

sub(&i, &j, &k);

在 C 中，所有变量都是按值传递的，因此修改函数中的参数不会反映在调用者中。

由于您要修改传递给函数的值，因此您可以使用& 运算符传入要修改的每个变量的地址，从而为您提供指向每个变量的指针。然后您取消引用带有一元 * 运算符的指针以读取/写入它指向的值。

Answer 2

函数不需要返回值 - FORTRAN 子例程的 c 替代方法是将函数声明为返回类型为 void。

void function(arguments){
...
}

这有效地使函数成为一个子例程 - 前提是通过引用将值传递给函数，以便函数可以更改其范围之外的变量。

在您的情况下，将函数声明为

void subroutine(int* num1, int* num2) { 
    /* num1 stores the address of a
     * and *num1 gives the value stored in that address
     */
    *num1 -= 1;
    *num2 *= 2;
    printf("this has been executed! \n");
}

并将其称为：

subroutine(&a,&b); // &a means the address of a

Answer 3

在某些情况下，您可以使用 C 预处理器来定义行为类似于子例程的宏。例如：

#define subroutine(X,Y) do{ \
  X -= 1; \
  Y *= 2; \
  printf("this has been executed!\n"); \
} while(0)

int main(int argc, char**argv)
{
  int a = 10;
  int b = 10;

  subroutine(a, b);
  printf("a = %d, b = %d\n", a,b);
}

结果：

this has been executed!
a = 9, b = 20

C 宏是文字文本替换。外部do...while(0) 是一个非常标准的“技巧”，用于制作像函数一样“可调用”的多语句宏，因为while(0) 将吞噬尾随; 并被任何值得使用的编译器优化.尾随 \ 字符允许您定义多行宏。

GCC 的另一个鲜为人知（并且很少使用）的特性（Gnu 扩展，而不是标准 C）在某些情况下可能会给您带来您想要的效果，那就是您可以在函数内部定义一个函数，然后内部函数可以访问外部函数的局部范围变量。

Gnu C Reference manual sections on nested functions

例如：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char**argv)
{
  int a = 10;
  int b = 10;

  void subroutine(){
    a -= 1;
    b *= 2;
    printf("this has been executed!\n");
  }

  subroutine();
  printf("a = %d, b = %d\n", a,b);
  subroutine();
  printf("a = %d, b = %d\n", a,b);
  subroutine();
  printf("a = %d, b = %d\n", a,b);
}

输出结果：

this has been executed!
a = 9, b = 20
this has been executed!
a = 8, b = 40
this has been executed!
a = 7, b = 80

这两种技术都有很多缺陷，并且通常不属于 C 中的“最佳实践”领域，但其中任何一种都可以成为尝试将代码（和您的想法）从 fortran 逐步迁移到 C 的强大工具。