【C语言进阶】C语言指针进阶实战：优化与难题解析

news2024/9/19 10:57:57

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❀C语言指针进阶

📒1. 函数指针
📙2. 函数指针数组
📚3. 指向函数指针数组的指针
📜4. 回调函数
📝5. 指针笔试题
📖6. 总结

前言：在C语言的浩瀚宇宙中，指针无疑是那颗最为璀璨而神秘的星辰。它既是连接数据与操作的桥梁，也是让许多初学者望而生畏的迷宫。一旦掌握了指针的精髓，C语言的世界便仿佛被彻底点亮，编程的效率和灵活性得以质的飞跃。然而，仅仅停留在指针的基本使用上，远不足以探索其全部魅力与力量。指针的进阶应用，尤其是如何通过指针优化程序性能、解决复杂难题，是每一位C语言开发者必须攀登的高峰

每个实战案例都将配以详细的代码示例与解释，旨在让读者不仅能够理解其背后的原理，更能够亲手实践，将所学知识转化为解决问题的能力。同时，我们也会对一些常见的指针难题进行深度解析，比如指针运算的陷阱、多级指针的理解难点等，帮助读者彻底克服这些学习障碍

让我们继续一同踏上这场充满挑战与收获的指针进阶之旅吧！

📒1. 函数指针

C语言中的函数指针是一种特殊的指针类型，它存储的不是变量的地址，而是函数的地址。通过函数指针，我们可以在运行时动态地调用函数，这增加了程序的灵活性和模块化。函数指针在回调函数、中断服务例程、以及实现函数表（如多态）等场景中非常有用

void test()
{
	printf("hehe\n");
}

int main()
{
	printf("%p\n", test);
	printf("%p\n", &test);
	return 0;
}

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输出的是两个地址，这两个地址是 test 函数的地址，那么我们怎么保存函数的地址呢？

定义：

// 保存函数的地址
void (*pfun1)();

解析：pfun1可以存放存储地址。pfun1先和*结合，说明pfun1是指针，指针指向的是一个函数，指向的函数无参数，返回值类型为void

我们再来看一下这两个代码

//代码1
(*(void (*)())0)();
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

代码1：

这段代码尝试执行一个位于地址0处的函数。首先，(void (*)())0是一个类型转换，它将整数0转换为指向返回类型为void且不接受任何参数的函数的指针。然后，*操作符对转换后的指针进行解引用，尝试获取该函数指针指向的函数。最后，()用于调用该函数

代码2：

signal是一个函数，它接受两个参数：

第一个参数是int类型，通常用于指定要处理的信号编号。

第二个参数是一个指向函数的指针，这个函数接受一个int参数（通常是信号编号）并返回void。

signal函数的返回类型是一个指向函数的指针，这个函数也接受一个int参数并返回void

📙2. 函数指针数组

把函数的地址存到一个数组中，那这个数组就叫函数指针数组

定义：

int (*parr1[10])();
// parr1 先和 [] 结合，说明 parr1是数组
// 存放int (*)() 类型的函数指针

举个例子来展示如何定义一个函数指针数组，并向其中添加函数指针，最后通过索引来调用这些函数

// 定义三个示例函数  
void func1(int x) 
{
    printf("Func1 called with %d\n", x);
}

void func2(int x) 
{
    printf("Func2 called with %d\n", x);
}

void func3(int x) 
{
    printf("Func3 called with %d\n", x);
}

// 定义一个指向函数的指针类型，该函数接受一个int参数并返回void  
typedef void (*FuncPtr)(int);

int main() {
    // 创建一个函数指针数组，可以存储三个指向函数的指针  
    FuncPtr funcArr[3] = { func1, func2, func3 };

    // 通过索引调用函数  
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        funcArr[i](i + 1); // 调用函数，并将索引值+1作为参数传递  
    }

    return 0;
}

📚3. 指向函数指针数组的指针

指向函数指针数组的指针是一个 指针
指针指向一个数组，数组的元素都是函数指针

定义：

void test(const char* str)
{
	printf("%s\n", str);
}

int main()
{
	//函数指针pfun
	void (*pfun)(const char*) = test;
	
	//函数指针的数组pfunArr
	void (*pfunArr[5])(const char* str);
	pfunArr[0] = test;
	
	//指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArr
	void (*(*ppfunArr)[5])(const char*) = &pfunArr;
	
	return 0;
}

📜4. 回调函数

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应

// 定义一个回调函数的类型，该函数接受一个int参数并返回void  
typedef void (*CallbackFunc)(int);

// 一个需要回调函数的函数  
void processData(int data, CallbackFunc callback) 
{
    printf("Processing data: %d\n", data);
    // 调用回调函数  
    callback(data);
}

// 用户定义的回调函数  
void myCallback(int data) {
    printf("Callback called with data: %d\n", data);
}

int main() {
    // 调用需要回调函数的函数，并传递用户定义的回调函数作为参数  
    processData(10, myCallback);

    return 0;
}

processData函数接受一个整数和一个回调函数作为参数。在processData函数内部，首先执行一些处理，然后调用回调函数callback，并将之前接收到的整数data作为参数传递给回调函数。用户定义的回调函数myCallback被传递给processData函数，并在适当的时候被调用

回调函数广泛应用于事件处理、排序算法（如快速排序中的比较函数）

📝5. 指针笔试题

题目一：

int main()
{
	int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	int* ptr = (int*)(&a + 1);
	printf("%d,%d", *(a + 1), *(ptr - 1));
	return 0;
}

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题目二：

int main()
{
	int a[3][2] = { (0, 1), (2, 3), (4, 5) };
	int* p;
	p = a[0];
	printf("%d", p[0]);
	return 0;
}

数组初始化时使用的 (0, 1) 形式的初始化实际上是逗号运算符（comma operator）的使用。逗号运算符会评估其两个操作数，但只返回最后一个操作数的值

这里 p 被赋值为 a[0] 的地址，即 &a[0][0]。然后 p[0] 访问了这个地址的内容，即 a[0][0]，其值为1
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题目三：

int main()
{
	char* a[] = { "work","at","alibaba" };
	char** pa = a;
	pa++;
	printf("%s\n", *pa);
	return 0;
}

这道题目比较简单，各位可以自己看看

题目四：

//一维数组
int a[] = {1,2,3,4};
printf("%d\n",sizeof(a)); // 16 数组大小
printf("%d\n",sizeof(a+0)); // 4 数组元素的大小
printf("%d\n",sizeof(*a)); // 4 首元素大小
printf("%d\n",sizeof(a+1)); // 4 数组元素的大小
printf("%d\n",sizeof(a[1])); // 4 数组元素的大小
printf("%d\n",sizeof(&a)); // 4 数组首元素的大小
printf("%d\n",sizeof(*&a)); // 16 数组大小
printf("%d\n",sizeof(&a+1)); // 4 数组元素的大小
printf("%d\n",sizeof(&a[0])); // 4 数组元素的大小
printf("%d\n",sizeof(&a[0]+1)); // 4 数组元素的大小