有希带你深入理解指针（4）

news2024/11/15 15:49:41

目录

  • 前言🥰
  • 1.回调函数😺
    • 1.1回调函数的概念😋
  • 2.qsort使用🤯
    • 2.1什么是qsort👻
    • 2.2 qsort函数的使用🧐
  • 3.模拟实现qsort😎

前言🥰

本篇文章是对指针知识的进一步讲解，如果对部分知识有不了解的地方可以移步前文进行学习！😶‍🌫️
在这里插入图片描述

1.回调函数😺

1.1回调函数的概念😋

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，被调用的函数就是回调函数。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
件发时时由另外的一方调用的，⽤于对该事件或条件进行响应。

现在我们用一个简单的例子来理解：

#include<stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

void test(int (*pf)(int, int))
{
	int ret = pf(4, 5);
	printf("%d\n", ret);
}

int main()
{
	test(Add);
	return 0;
}

这里我们有一个Add函数来实现加法，还有有一个test函数，它的参数部分我设置为pf（函数指针），里面的参数我设置为int，并且返回类型设置为int，在test函数内部我利用pf去调用一个函数（Add函数），并把两个值传过去，之后能计算出一个结果（存到ret中）。
在主函数部分我们调用了test函数，并把Add函数的地址传了过去，此时pf就指向了Add函数，相当于调用了Add函数完成4和5的相加。

注意：
在主函数部分我并没有直接调用Add函数，我把Add函数的地址传递给了pf，此时pf指向的就是Add函数。当我们用pf去调用函数时，调用的就是Add函数并且可以完成相应的计算。这里的Add就可以称为回调函数。这和函数的嵌套是不同的，函数的嵌套是直接通过函数名去调用。而今天我们所讲的是通过函数指针去调用的。

2.qsort使用🤯

2.1什么是qsort👻

qsort是一个库函数，可以直接使用。它可以实现任意类型数据的排序。它的底层是快速排序的方式。它通过回调函数的方式实现对各种类型的函数的排序。

这里我们先引入冒泡排序的写法，重点是两两相邻元素进行比较。
代码演示：

#include<stdio.h>
void bubble_sort(int arr[],int sz)
{
	int i = 0;
	//趟数
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}
	}
}

void print_arr(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
}

int main()
{
	int arr[10] = { 3,1,9,8,5,4,0,2,7,6 };
	//升序
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	print_arr(arr, sz);

	bubble_sort(arr, sz);

	print_arr(arr, sz);
	return 0;
}

这里我对进行冒泡排序前后的数组进行了打印比较。我们这里的bubble_sort函数只能排序整型数组，不能对其他类型的数组进行处理，具有很大的局限性。现在我们想要对函数进行改造，使它可以对其他类型的数据进行排序。
首先对于趟数，我们并不需要进行改变，我们进行改变的部分如下：
在这里插入图片描述
我们有两个需要思考的地方：

  1. 两个变量怎么比较
  2. 两个变量怎么交换

注意：

  1. 不是所有的数据都来可以用>进行比较，例如：结构体变量、字符串。
  2. 这里的临时变量也不能直接定为int
  3. 参数的类型也是有问题的，如图：
    在这里插入图片描述

此时，我们先不着急改我们的代码，我们可以先学习qsort函数的使用。

2.2 qsort函数的使用🧐

函数的原型（函数名，参数，返回类型）：

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

其中第四个参数最为复杂，是一个函数指针。
这么多的参数我们可以对比bubble_sort函数进行理解，我们肯定需要知道所要排序数据的类型等等，我们通过下图进行理解：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
因为我们要对不同类型的数据进行比较，不同类型的数据的比较类型是不一样的。根据不同的数据，我们通过传不同的比较方法（自己写一个比较函数），把该比较函数的地址传进去，来实现比较。我们可以通过第四个参数传递该比较函数的地址。

现在我们要对一个整型数组arr使用qsort排序，这里我会对函数进行分装。我们需要根据qsort的参数，填写对应的内容。
对于qsort的实现与两个人有关，如图：
在这里插入图片描述
这里我们的任务是：提供一个函数，能实现两个整型元素的比较。我们需要把函数名传过去，为了实现这一点，我们写出的参数和返回类型一个和函数指针的参数和返回类型一致，才能将函数名传过去。

这里的e1和e2分别指向一个元素。void * 是无具体类型的指针，它可以存放地址，也可以指向对象。我们先进行两个整型元素的比较。我们需要进行解引用再进行整型元素的比较，如果我们采用下图，会报错。因为void * 是无具体类型指针，无法进行解引用操作。
在这里插入图片描述
注意：
void* 类型的指针不能解引用操作符，也不能+/-整数的操作。这种指针变量一般是用来存放地址的。使用之前要强制类型转换成想要的类型。
现在我们进行修改：

int cmp_int(const void* e1, const void* e2) 
{
	if (*(int*)e1 > *(int*)e2)
		return 1;
	else if (*(int*)e1 < *(int*)e2)
		return -1;
	else
		return 0;
}

现在，我们对该代码进行简化：

int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
	return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}

现在我们可以打印看看我们写的代码的结果（不要忘记头文件）：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void print_arr(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
}

int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
	return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}


void test1()
{
	int arr[10] = { 3,1,9,8,5,4,0,2,7,6 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
	print_arr(arr, sz);
}

int main()
{
	test1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
此时我们可以看到是默认升序的，我们可以改为降序，改以下部分即可：

int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
	return *(int*)e2 - *(int*)e1;
}

我们现在也可以举一些其他例子，我们现在排列一下结构体数据。我们现在假设学生有名字和年龄，如下：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
};

我们需要确定比较的方式，通过年龄还是名字。不能盲目的进行比较。先进行年龄的比较。此时的e1，e2分别指向结构体对象。根据上述知识，我们可以实现以下代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
};
//cmp_stu_by_age用来比较结构体对象

int cmp_stu_by_age(const void* e1, const void* e2)
{
	return (*(struct Stu*)e1).age - (*(struct Stu*)e2).age;
}

void test2()
{
	struct Stu s[3] = { {"zhangsan",18},{"lisi",25},{"wangwu",28} };
	int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_age);
}
int main()
{
	test2();
	return 0;
}

但是用名字来比较大小的时候，就不能直接减。字符串的比较要利用strcmp函数。在这里插入图片描述
代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
};

int cmp_stu_by_name(const void* e1, const void* e2)
{
	return strcmp((*(struct Stu*)e1).name ,(*(struct Stu*)e2).name);
}

void test2()
{
	struct Stu s[3] = { {"zhangsan",18},{"lisi",25},{"wangwu",28} };
	int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);
	qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_name);
}
int main()
{
	test2();
	return 0;
}

现在，我们已经会使用qsort函数了。

3.模拟实现qsort😎

现在我们接着对冒泡排序的函数进行改造。前面我说过趟数不用改，需要改的部分是比较的方法、怎么交换和参数。
我们可以先想想qsort函数为什么设计成那样？
void * base：
设计为void * ，是因为我们可能排序不同类型的数据，不能写死。void * 类型的指针可以接收任意类型变量的地址。
size_t num：
是base指向的数组中元素的个数。
size_t szie:
是base指向数组的一个元素的长度，单位是字节。大家可能认为这个参数是不必要的，但是它决定了在访问时，一步走多远。
int ( * compar) (const void * ,const void * )：
第四个参数，是因为对于不同类型的数据比较方法不同，我们需要自己造一个函数，通过函数指针传地址过去，进行比较。

代码：

void bubble_sort(void*base, int num,int width,int(*cmp)(const void*e1, const void* e2))

前面我们在参数部分设置为size_t,这里我写了int，但是size_t的写法更好，int类型可正可负，这里的num和size并不会出现该情况，所以接下来我改为size_t。

void bubble_sort(void* base, size_t  num, size_t  width, int(*cmp)(const void* e1, const void* e2))

在比较时，我们需要借助cmp这个函数进行比较（此时用升序),cmp这里的返回值如果大于0，就交换。现在我们需要将arr[j]和arr[j+1]的地址传过去。
这里的关键是用base计算出arr[j]和arr[j+1]的地址 。现在我们通过width知道了一个元素的宽度，但是我们不知道base里面存了什么类型的数据。这里的base不能直接+j或+j+1。base是void * 类型。我们还需要将base进行强制类型转换，转换为char *，此时+1跳过一个字节。
在比较之后怎么进行交换呢？
这里我们分装一个Swap函数来完成。之前我们创建了一个临时变量tmp，这个临时变量的类型比较棘手，不能定死。
在满足交换的条件时，我们把两个指针指向的元素进行交换。不要忘记把width（类型设置为size_t)传给Swap函数。Swap函数的参数部分我们写为char * 就行。
在写代码之前我们需要知道当我们需要交换40个字节的数据时，我们可以把空间切为40份，一对字节一对字节的进行交换。所以在Swap函数内部我们写一个循环就行。因为交换的是字节，我们创建一个一个字节大小的临时变量就行交换，并通过++不断交换。现在我们的理论知识已经充分了，现在完成代码。


#include<stdio.h>
#include<string.h>
int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
	return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}

void Swap(char* buf1, char* buf2, size_t width)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < width; i++)
	{
		char tmp = *buf1;
		*buf1 = *buf2;
		*buf2 = tmp;
		buf1++;
		buf2++;
	}
}

void print_arr(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
}

void bubble_sort(void* base, size_t  num, size_t  width, int(*cmp)(const void* e1, const void* e2))
{
	int i = 0;
	//趟数
	for (i = 0; i < num -1;i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < num -1-i;j++)
		{
			if(cmp((char*)base+j*width,(char*)base+(j + 1)*width)>0)
			{
				Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);
			}
		}
	}
}

void test3()
{
	int arr[10] = { 3,1,9,8,5,4,0,2,7,6 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);
	print_arr(arr, sz);
}

int main()
{
	test3();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
现在我们已经完成qsort的模拟了，这就是泛型编程，适配各种类型的数据。

好了，今天我们的指针知识就讲到这里。如果文章内容有误，请大佬在评论区斧正！谢谢大家！
在这里插入图片描述

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