【指针二：穿越编程边界的超能力】

news2024/11/15 13:37:17

本章重点

     5. 函数指针

     6. 函数指针数组

     7. 指向函数指针数组的指针

     8. 回调函数

     9. 指针和数组面试题的解析

五、函数指针

首先看一段代码：

输出的是两个地址相同，这两个相同的地址都是 test 函数的地址。 那我们的函数的地址要想保存起来，怎么保存？ 下面我们看代码：

void test()
{
	printf("hehe\n");
}
//下面pfun1和pfun2哪个有能力存放test函数的地址？
void (*pfun1)();
void* pfun2();

        首先，能给存储地址，就要求pfun1或者pfun2是指针，那哪个是指针？

答案是：pfun1可以存放。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。

这里我们再举一个例子

void test(char* pc, int arr[10])
{}
int mian()
{
	void(*ptr)(char*, int[10]) = &test;
	return 0;
}

函数指针的使用

  • 方式一：这是最常见的函数调用方式。我们直接使用函数名 Add，并传递两个整数参数 2 和 3 给它。
  • 方式二：在这里，我们声明了一个函数指针 pf，并将其初始化为指向函数 Add。(*pf)(2, 3) 这种方式是通过解引用函数指针来调用函数。我们使用 pf 指向的函数 Add，并传递参数 2 和 3 给它。
  • 方式三：这种方式是直接通过函数指针 pf 来调用函数。我们将参数 2 和 3 传递给 pf，这里的 pf 就像一个函数一样，接受参数并返回结果。

阅读两段有趣的代码：

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

代码1

  1. void (*)(): 这是一个函数指针类型。void (*)() 表示一个不带参数且返回类型为 void 的函数指针。

  2. (void (*)())0: 这里将整数 0 强制转换为一个函数指针类型。请注意，0 代表空指针，因此这行代码实际上将一个空指针赋值给函数指针。

  3. *: 在这里，* 是解引用操作符，用于调用函数指针。

所以，整个表达式 (*(void (*)())0)(); 的含义是，将空指针转换为一个无参数且返回类型为 void 的函数指针，然后通过解引用操作符调用该函数指针。由于函数指针是空指针，实际上这将导致未定义的行为，因为它会尝试调用一个无效的内存地址。

  1. int: 这是一个整数类型的参数。
  2. void(*)(int): 这是一个函数指针类型的参数。void(*)(int) 表示一个带有一个整数参数且返回类型为 void 的函数指针。

signal 是一个和函数名，该函数 signal 的返回值是一个函数指针，该函数指针指向一个带有一个整数参数且返回类型为 void 的函数，函数 signal 的参数是整型和函数指针类型。

函数代码2太复杂，如何简化：

typedef void(*pfun_t)(int);
pfun_t signal(int, pfun_t);

这样看就轻松多了

六、函数指针数组

数组是一个存放相同类型数据的存储空间，那我们已经学习了指针数组， 比如：

int *arr[10];
//数组的每个元素是int*

那要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，那函数指针的数组如何定义呢？

int (*parr1[10])();
int *parr2[10]();
int (*)() parr3[10];

答案是：parr1 先和 [] 结合，说明 parr1是数组，数组的内容是什么呢？ 是 int (*)() 类型的函数指针。

函数指针数组的用途：计算器实例

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	do
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = add(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 2:printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = sub(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 3:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = mul(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 4:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = div(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

这个程序几个case语句里面出现的大量冗余的代码，我们要怎么优化呢？可以使用函数指针实现：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	int(*p[5])(int, int) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表
	while (input)
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		if ((input <= 4 && input >= 1))
		{
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = (*p[input])(x, y);
		}
        else if(input == 0)
        {
            printf("退出计算器\n");
        }
		else
        {
    	    printf("输入有误\n");
        }
		printf("ret = %d\n", ret);
	}
	return 0;
}

七、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 ;那如何定义呢？

void test(const char* str)
{
	printf("%s\n", str);
}
int main()
{
	//函数指针pfun
	void (*pfun)(const char*) = &test;
	//存放函数指针的数组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;
}

八、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。

刚刚计算器的出现的冗余问题，我们也可以使用回调函数去解决这个问题

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
void Calc(int(*ptr)(int, int))
{
	int x, y;
	printf("输入操作数：");
	scanf("%d %d", &x, &y);
	int ret = (*ptr)(x, y);
	printf("ret = %d\n", ret);
}
int main()
{
	int input = 1;
	do
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			Calc(add);
			break;
		case 2:printf("输入操作数：");
			Calc(sub);
			break;
		case 3:
			Calc(mul);
			break;
		case 4:
			Calc(div);
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

我们之前学过冒泡排序，现在我们来回顾一下

int main()
{
	int arr[] = { 5,4,3,2,1 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int flag = 1;
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				int temp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = temp;
				flag = 0;
			}
		}
		if (flag == 1)
			break;
	}
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

运行结果：

我们发现我们写的冒泡排序有一个局限性，它只能进行整型数据的排序，那么有没有一个函数可以排序任意数据类型的数据呢？下面我们来学习一下qsort函数：它使用了回调函数。

下面我解释一下 qsort 函数的各个参数和作用：

  1. base: 这是要排序的数组的指针，即待排序的数组的首元素地址。

  2. num: 这是数组中的元素个数，表示待排序数组中的元素数量。

  3. size: 这是每个数组元素的大小（以字节为单位）。qsort 不知道数组中元素的具体类型，所以需要用户指定元素的大小，以便正确地对数组进行排序。

  4. compar: 这是一个函数指针，用于比较两个数组元素的函数。这个函数被用来决定数组元素的排序顺序。函数指针的类型是 int (*)(const void *, const void *)，意味着它接受两个指向常量数据的指针，并返回一个整数值来表示比较结果。

    • 如果返回值小于0，则表示第一个元素小于第二个元素。
    • 如果返回值等于0，则表示第一个元素等于第二个元素。
    • 如果返回值大于0，则表示第一个元素大于第二个元素。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//qosrt函数是用来排序的
int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
    //void*可以接受任意类型的指针	
    //void*的指针，是不能直接解引用和指针运算操作的
	//由于这里是进行整型排序，所以强制转换为int*
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);//升序
    return (*(int*)p2 - *(int*)p1);//降序
}
int main()
{
	int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	int i = 0;

	qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

运行结果：

 我们再来用qsort函数排序一下结构体

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct Stu
{
	char name[20];
	int age;
}S;
int cmp_stu_by_name(const void* p1, const void* p2)
{
	return strcmp(((S*)p1)->name, ((S*)p2)->name);
}
int cmp_stu_by_age(const void* p1, const void* p2)
{
	return (((S*)p1)->age - ((S*)p2)->age);
}
int main()
{
	S arr[] = {{"zhangsan",20},{"lisi",},{"wangwu",18}};
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("名字：%s，年龄：%d\n", arr[i].name, arr[i].age);
	}
	qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_by_name);
	printf("\n名字排序：\n");
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("名字：%s，年龄：%d\n", arr[i].name, arr[i].age);
	}
	qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_by_age);
	printf("\n年龄排序：\n");
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("名字：%s，年龄：%d\n", arr[i].name, arr[i].age);
	}
	return 0;
}

运行结果：

总结：qsort函数的特点

  1. 快速排序的方法实现
  2. 适用于任意类型数据的排序

使用回调函数，模拟实现bubble_qsort（使用冒泡的方式实现）

  1. 冒泡排序的方法实现
  2. 同样也适用于任意类型数据的排序
#include <stdio.h>
//用户接口
int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}
//数据交换，由于不知道其类型
//需要转为char,一字节一字节的交换
//参数size是数据类型的字节数，用于控制for语句
void _swap(void* p1, void* p2, int size)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < size; i++)
	{
		char tmp = *((char*)p1 + i);
		*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
		*((char*)p2 + i) = tmp;
	}
}
//用冒泡排序实现任意数据类型的数据的升序排序
void bubble(void* base, int count, int size, int(*cmp)(void*, void*))
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	for (i = 0; i < count - 1; i++)
	{
		for (j = 0; j < count - i - 1; j++)
		{
            //冒泡排序需要前后两两数据比较 - 所以就获取这两个数据的地址
            //base是起始位置
            //指针的类型决定+-操作的步长
            //base + j(0) * size(字节) -> 获取第一个数据的地址
            //base + j(1) * size(字节) -> 获取第二个数据的地址
            //cmp函数的返回值>0,说明第一个数据>第二个数据 - 升序 - 就需要交换
			if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)
			{
				//第一个数据>第二个数据 -> 交换
                _swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);
			}
		}
	}
}
int main()
{
	int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	//char *arr[] = {"aaaa","dddd","cccc","bbbb"};
	int i = 0;
	bubble(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

运行结果：

本节结束啦！！！

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