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C语言函数指针基础

本文写的非常详细,因为我想为初学者建立一个意识模型,来帮助他们理解函数指针的语法和基础。如果你不讨厌事无巨细,请尽情阅读吧。

函数指针虽然在语法上让人有些迷惑,但不失为一种有趣而强大的工具。本文将从C语言函数指针的基础开始介绍,再结合一些简单的用法和关于函数名称和地址的趣闻。在最后,本文给出一种简单的方式来看待函数指针,让你对其用法有一个更清晰的理解。

函数指针和一个简单的函数

我们从一个非常简单的”Hello World“函数入手,来见识一下怎样创建一个函数指针。

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#include <stdio.h>   // 函数原型 void sayHello();   //函数实现 void sayHello(){     printf("hello world\n"); }   // main函数调用 int main() {     sayHello(); }

我们定义了一个名为sayHello的函数,它没有返回值也不接受任何参数。当我们在main函数中调用它的时候,它向屏幕输出出”hello world“。非常简单。接下来,我们改写一下main函数,之前直接调用的sayHello函数,现在改用函数指针来调用它。

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int main() {     void (*sayHelloPtr)() = sayHello;     (*sayHelloPtr)(); }

第二行void (*sayHelloPtr)()的语法看起来有些奇怪,我们来一步一步分析。

  1. 这里,关键字void的作用是说我们创建了一个函数指针,并让它指向了一个返回void(也就是没有返回值)的函数。
  2. 就像其他任何指针都必须有一个名称一样,这里sayHelloPtr被当作这个函数指针的名称。
  3. 我们用*符号来表示这是一个指针,这跟声明一个指向整数或者字符的指针没有任何区别。
  4. *sayHelloPtr两端的括号是必须的,否则,上述声明变成void *sayHelloPtr()*会优先跟void结合,变成了一个返回指向void的指针的普通函数的声明。因此,函数指针声明的时候不要忘记加上括号,这非常关键。
  5. 参数列表紧跟在指针名之后,这个例子中由于没有参数,所以是一对空括号()
  6. 将上述要点结合起来,void (*syaHelloPtr)()的意义就非常清楚了,这是一个函数指针,它指向一个不接收参数且没有返回值的函数。

在上面的第二行代码,即void (*sayHelloPtr)() = sayHello;,我们将sayHello这个函数名赋给了我们新建的函数指针。关于函数名的更多细节我们会在下文中讨论,现在暂时可以将其看作一个标签,它代表函数的地址,并且可以赋值给函数指针。这就跟语句int *x = &myint;中我们把myint的地址赋给一个指向整数的指针一样。只是当我们考虑函数的时候,我们不需要加上一个取地址符&。简而言之,函数名就是它的地址。接着看第三行,我们用代码’(*sayHelloPtr)();·‘解引用并调用了函数指针。

  1. 在第二行被声明之后,sayHelloPtr作为函数指针的名称,跟其他任何指针没有差别,能够储值和赋值。
  2. 我们对sayHelloPtr解引用的方式也与其他任何指针一样,即在指针之前使用解引用符*,也就是代码中的*sayHelloPtr
  3. 同样的,我们需要在其两端加上括号,即(*sayHelloPtr),否则它就不被当做一个函数指针。因此,记得声明和解引用的时候都要在两端加上括号。
  4. 括号操作符用于C语言中的函数调用,如果有参数参与,就将其放入括号中。这对于函数指针也是相似的,即代码中的(*sayHelloPtr)()
  5. 这个函数没有返回值,也就没有必要将它赋值给任何变量。单独来说,这个调用跟sayHello()没什么两样。

接下来,我们再对函数稍加修改。你会看到函数指针奇怪的语法,以及用调用普通函数的方法来调用赋值后函数指针的现象。

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int main() { void (*sayHelloPtr)() = sayHello; sayHelloPtr(); }

跟之前一样,我们将sayHello函数赋给函数指针。但是这一次,我们用调用普通函数的方法调用了它。稍后讨论函数名的时候我会解释这一现象,现在只需要知道(*syaHelloPtr)()syaHelloPtr()是相同的即可。

带参数的函数指针

好了,这一次我们来创建一个新的函数指针吧。它指向的函数仍然不返回任何值,但有了参数。

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#include <stdio.h>   //函数原型 void subtractAndPrint(int x, int y);   //函数实现 void subtractAndPrint(int x, int y) {     int z = x - y;     printf("Simon says, the answer is: %d\n", z); }   //main函数调用 int main() {     void (*sapPtr)(int, int) = subtractAndPrint;     (*sapPtr)(10, 2);     sapPtr(10, 2); }

跟之前一样,代码包括函数原型,函数实现和在main函数中通过函数指针执行的语句。原型和实现中的特征标变了,之前的sayHello函数不接受 任何参数,而这次的函数subtractAndPrint接受两个int作为参数。它将两个参数做一次减法,然后输出到屏幕上。

  1. 在第14行,我们通过’(*sapPtr)(int, int)’创建了sapPtr这个函数指针,与之前的区别仅仅是用(int, int)代替了原来的空括号。而这与新函数的特征标相符。
  2. 在第15行,解引用和执行函数的方式与之前完全相同,只是在括号中加入了两个参数,变成了(10, 2)
  3. 在第16行,我们用调用普通函数的方法调用了函数指针。

带参数且有返回值的函数指针

这一次,我们把subtractAndPrint函数改成一个名为subtract的函数,让它把原本输出到屏幕上的结果作为返回值。

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#include <stdio.h>   // 函数原型 int subtract(int x, int y);   // 函数实现 int subtract(int x, int y) {     return x - y; }   // main函数调用 int main() {   int (*subtractPtr)(int, int) = subtract;     int y = (*subtractPtr)(10, 2);   printf("Subtract gives: %d\n", y);     int z = subtractPtr(10, 2);   printf("Subtract gives: %d\n", z); }

这与subtractAndPrint函数非常相似,只是subtract函数返回了一个整数而已,特征标也理所当然的不一样了。

  1. 在第13行,我们通过int (*subtractPtr)(int, int)创建了subtractPtr这个函数指针。与上一个例子的区别只是把void换成了int来表示返回值。而这与subtract函数的特征标相符。
  2. 在在第15行,解引用和执行这个函数指针,除了将返回值赋值给了y以外,与调用subtractAndPrint没有任何区别。
  3. 在第16行,我们向屏幕输出了返回值。
  4. 18到19行,我们用调用普通函数的方法调用了函数指针,并且输出了结果。

这跟之前没什么两样,我们只是加上了返回值而已。接下来我们看看另一个稍微复杂点儿的例子——把函数指针作为参数传递给另一个函数。

把函数指针作为参数来传递

我们已经了解过了函数指针声明和执行的各种情况,不论它是否带参数,或者是否有返回值。接下来我们利用一个函数指针来根据不同的输入执行不同的函数。

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#include <stdio.h>   // 函数原型 int add(int x, int y); int subtract(int x, int y); int domath(int (*mathop)(int, int), int x, int y);   // 加法 x+ y int add(int x, init y) {     return x + y; }   // 减法 x - y int subtract(int x, int y) {     return x - y; }   // 根据输入执行函数指针 int domath(int (*mathop)(int, int), int x, int y) {     return (*mathop)(x, y); }   // main函数调用 int main() {   // 用加法调用domath int a = domath(add, 10, 2); printf("Add gives: %d\n", a);   // 用减法调用domath int b = domath(subtract, 10, 2); printf("Subtract gives: %d\n", b); }

我们来一步一步分析。

  1. 我们有两个特征标相同的函数,add和subtract,它们都返回一个整数并接受两个整数作为参数。
  2. 在第六行,我们定义了函数int domath(int (*mathop)(int, int), int x, int y)。它第一个参数int (*mathop)(int, int)是一个函数指针,指向返回一个整数并接受两个整数作为参数的函数。这就是我们之前见过的语法,没有任何不同。它的后两个整数参数则作为简单的输入。因此,这是一个接受一个函数指针和两个整数作为参数的函数。
  3. 19到21行,domath函数将自己的后两个整数参数传递给函数指针并调用它。当然,也可以像这么调用。mathop(x, y);
  4. 27到31行出现了我们没见过的代码。我们用函数名作为参数调用了domath函数。就像我之前说过的,函数名是函数的地址,而且能代替函数指针使用。

main函数调用了两次domath函数,一次用了add,一次用了subtract,并输出了这两次结果。

函数名和地址

既然有约在先,那我们就讨论一下函数名和地址作为结尾吧。一个函数名(或称标签),被转换成了一个指针本身。这表明在函数指针被要求当作输入的地方,就能够使用函数名。这也导致了一些看起来很糟糕的代码却能够正确的运行。瞧瞧下面这个例子。

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#include <stdio.h>   // 函数原型 void add(char *name, int x, int y);   // 加法 x + y void add(char *name, int x, int y) {     printf("%s gives: %d\n", name, x + y); }   // main函数调用 int main() {       // 一些糟糕的函数指针赋值     void (*add1Ptr)(char*, int, int) = add;     void (*add2Ptr)(char*, int, int) = *add;     void (*add3Ptr)(char*, int, int) = &add;     void (*add4Ptr)(char*, int, int) = **add;     void (*add5Ptr)(char*, int, int) = ***add;       // 仍然能够正常运行     (*add1Ptr)("add1Ptr", 10, 2);     (*add2Ptr)("add2Ptr", 10, 2);     (*add3Ptr)("add3Ptr", 10, 2);     (*add4Ptr)("add4Ptr", 10, 2);     (*add5Ptr)("add5Ptr", 10, 2);       // 当然,这也能运行     add1Ptr("add1PtrFunc", 10, 2);     add2Ptr("add2PtrFunc", 10, 2);     add3Ptr("add3PtrFunc", 10, 2);     add4Ptr("add4PtrFunc", 10, 2);     add5Ptr("add5PtrFunc", 10, 2); }

这是一个简单的例子。运行这段代码,你会看到每个函数指针都会执行,只是会收到一些关于字符转换的警告。但是,这些函数指针都能正常工作。

  1. 在第15行,add作为函数名,返回这个函数的地址,它被隐式的转换为一个函数指针。我之前提到过,在函数指针被要求当作输入的地方,就能够使用函数名。
  2. 在第16行,解引用符作用于add之前,即*add,在返回在这个地址的函数。之后跟函数名一样,它被隐式的转换为一个函数指针。
  3. 在第17行,取地址符作用于add之前,即&add,返回这个函数的地址,之后又得到一个函数指针。
  4. 18到19行,add不断地解引用自身,不断返回函数名,并被转换为函数指针。到最后,它们的结果都和函数名没有区别。

显然,这段代码不是优秀的实例代码。我们从中收获到了如下知识:其一,函数名会被隐式的转换为函数指针,就像作为参数传递的时候,数组名被隐式的转换为指针一样。在函数指针被要求当作输入的任何地方,都能够使用函数名。其二,解引用符*和取地址符&用在函数名之前基本上都是多余的。

总结

我希望本文帮助你们认清了函数指针以及它的用途。只要你掌握了函数指针,它就是C语言中一个强大的工具。我也许会在以后的文章中讲述更多函数指针的细节用法,包括回调和C语言中基本的面向对象等等。

更新1

我删掉了关于描述(*sayHelloPrt)(void)(*sayHelloPrt)()相同的那一部分,那其实是错误的。在评论区中,Dave G给出了一个关于这个问题很好的解释。

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