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前言

函數指針是什么?如何使用函數指針?函數指針到底有什么大用?本文將一一介紹。

如何理解函數指針

如果有int *類型變量,它存儲的是int類型變量的地址;那么對于函數指針來說,它存儲的就是函數的地址。函數也是有地址的,函數實際上由載入內存的一些指令組成,而指向函數的指針存儲了函數指令的起始地址。如此看來,函數指針并沒有什么特別的。我們可以查看程序中函數的地址:

#include <stdio.h>
int test()
{
    printf("this is test function");
    return 0;
}
int main(void)
{
    test();
    return 0;
}

編譯:

gcc -o testFun testFun.c

查看test函數相對地址(并非實際運行時的地址):

$ nm testFun |grep test  #查看test函數的符號表信息
0000000000400526 T test

如何聲明函數指針

聲明普通類型指針時,需要指明指針所指向的數據類型,而聲明函數指針時,也就要指明指針所指向的函數類型,即需要指明函數的返回類型和形參類型。例如對于下面的函數原型:

int sum(int,int);

它是一個返回值為int類型,參數是兩個int類型的函數,那么如何聲明該類型函數的指針呢?很簡單,將函數名替換成(*pf)形式即可,即我們把sum替換成(*fp)即可,fp為函數指針名,結果如下:

int (*fp)(int,int);

這樣就聲明了和sum函數類型相同的函數指針fp。這里說明兩點,第一,*和fp為一體,說明了fp為指針類型,第二,*fp需要用括號括起來,否則就會變成下面的情況:

int *fp(int,int);

這種情況下,意思就大相徑庭了,它聲明了一個參數為兩個int類型,返回值為int類型的指針的函數,而不再是一個函數指針了。

在經常使用函數指針之后,我們很快就會發現,每次聲明函數指針都要帶上長長的形參和返回值,非常不便。這個時候,我們應該想到使用typedef,即為某類型的函數指針起一個別名,使用起來就方便許多了。例如,對于前面提到的函數可以使用下面的方式聲明:

typedef int (*myFun)(int,int);//為該函數指針類型起一個新的名字
myFun f1;       //聲明myFun類型的函數指針f1

上面的myFun就是一個函數指針類型,在其他地方就可以很方便地用來聲明變量了。typedef的使用不在本文的討論范圍,但是特別強調一句,typedef中聲明的類型在變量名的位置出現,理解了這一句,也就很容易使用typedef了。因而下面的方式是錯誤的:

typedef myFun (int)(int,int);   //錯誤
typedef (int)(int,int)  *myFun;   //錯誤

為函數指針賦值

賦值也很簡單,既然是指針,將對應指針類型賦給它既可。例如:

#include<stdio.h>
int test(int a,int b)
{
    /*do something*/
    return 0
}
typedef int(*fp)(int,int);
int main(void)
{
    fp f1 = test; //表達式1
    fp f2 = &test;//表達式2
    printf("%p\n",f1);
    printf("%p\n",f2);
    return 0;
}

在這里,聲明了返回類型為int,接受兩個int類型參數的函數指針f1和f2,分別給它們進行了賦值。表達式1和表達式2在作用上并沒有什么區別。因為函數名在被使用時總是由編譯器把它轉換為函數指針,而前面加上&不過顯式的說明了這一點罷了。

調用

調用也很容易,把它看成一個普通的函數名即可:

#include<stdio.h>
int test(int a,int b)
{
    /*do something*/
    printf("%d,%d\n",a,b);
    return 0
}
typedef int(*fp)(int,int);
int main(void)
{
    fp f = test; 
    f(1,2);//表達式1
    (*f)(3,4);//表達式2
    return 0;
}

在函數指針后面加括號,并傳入參數即可調用,其中表達式1和表達式2似乎都可以成功調用,但是哪個是正確的呢?ANSI C認為這兩種形式等價。

函數指針有何用

函數指針的應用場景比較多,以庫函數qsort排序函數為例,它的原型如下:

void qsort(void *base,size_t nmemb,size_t size , int(*compar)(const void *,const void *));

看起來很復雜對不對?拆開來看如下:

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size, );

拿掉第四個參數后,很容易理解,它是一個無返回值的函數,接受4個參數,第一個是void*類型,代表原始數組,第二個是size_t類型,代表數據數量,第三個是size_t類型,代表單個數據占用空間大小,而第四個參數是函數指針。這第四個參數,即函數指針指向的是什么類型呢?

int(*compar)(const void *,const void *)

很顯然,這是一個接受兩個const void*類型入參,返回值為int的函數指針。
到這里也就很清楚了。這個參數告訴qsort,應該使用哪個函數來比較元素,即只要我們告訴qsort比較大小的規則,它就可以幫我們對任意數據類型的數組進行排序。

在這里函數指針作為了參數,而他同樣可以作為返回值,創建數組,作為結構體成員變量等等,它們的具體應用我們在后面的文章中會介紹,本文不作展開。本文只介紹一個簡單實例。

實例介紹

我們通過一個實例來看函數指針怎么使用。假設有一學生信息,需要按照學生成績進行排序,該如何處理呢?

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define STU_NAME_LEN 16
/*學生信息*/
typedef struct student_tag
{
    char name[STU_NAME_LEN];  //學生姓名
    unsigned int id;          //學生學號
    int score;                //學生成績
}student_t;
int studentCompare(const void *stu1,const void *stu2)
{
  /*強轉成需要比較的數據結構*/
    student_t *value1 = (student_t*)stu1;
    student_t *value2 = (student_t*)stu2;
    return value1->score-value2->score;
}
int main(void)
{
    /*創建三個學生信息*/
    student_t stu1 = {"one",1,99};
    student_t stu2 = {"two",2,77};
    student_t stu3 = {"three",3,88};

    student_t stu[] = {stu1,stu2,stu3};

    /*排序,將studentCompare作為參數傳入qsort*/
    qsort((void*)stu,3,sizeof(student_t),studentCompare);
    int loop = 0;

    /**遍歷輸出*/
    for(loop = 0; loop < 3;loop++)
    {
        printf("name:%s,id:%u,score:%d\n",stu[loop].name,stu[loop].id,stu[loop].score);
    }
    return 0;
}

我們創建了一個學生信息結構,結構成員包括名字,學號和成績。main函數中創建了一個包含三個學生信息的數組,并使用qsort函數對數組按照學生成績進行排序。qsort函數第四個參數是函數指針,因此我們需要傳入一個函數指針,并且這個函數指針的入參是cont void *類型,返回值為int。我們通過前面的學習知道了函數名本身就是指針,因此只需要將我們自己實現的studentCompare作為參數傳入即可。

最終運行結果如下:

name:two,id:2,score:77
name:three,id:3,score:88
name:one,id:1,score:99

可以看到,最終學生信息按照分數從低到高輸出。

總結

本文介紹了函數指針的聲明和簡單使用。更多使用將在后面的文章介紹,本文總結如下:

  • 函數指針與其他指針類型無本質差異,不過它指向的是函數的地址罷了。
  • 聲明函數指針需要指明函數的返回類型和形參類型。
  • 函數名在被使用時總是由編譯器把它轉換為函數指針。
  • 要想聲明函數指針,只需寫出函數原型,然后將函數名用(*fp)代替即可。這里fp是聲明的函數指針變量。
  • typedef中聲明的類型在變量名的位置出現。
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