搞懂Ｃ語言函數指針 - 守望先生

搞懂Ｃ語言函數指針

函數指針是什麼？難嗎？未必。

 原文位址：https://www.yanbinghu.com/2019/01/03/3593.html

前言

函數指針是什麼？如何使用函數指針？函數指針到底有什麼大用？本文将一一介紹。

如何了解函數指針

如果有int *類型變量，它存儲的是int類型變量的位址；那麼對于函數指針來說，它存儲的就是函數的位址。函數也是有位址的，函數實際上由載入記憶體的一些指令組成，而指向函數的指針存儲了函數指令的起始位址。如此看來，函數指針并沒有什麼特别的。我們可以檢視程式中函數的位址：

#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
           

檢視test函數相對位址(并非實際運作時的位址)：

$ nm testFun |grep test  #檢視test函數的符号表資訊
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資料類型，而聲明函數指針時，也就要指明指針所指向的函數類型，即需要指明函數的傳回類型和形參類型。例如對于下面的函數原型：

int sum(int,int);
           

它是一個傳回值為int類型，參數是兩個int類型的函數，那麼如何聲明該類型函數的指針呢？很簡單，将函數名替換成(*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。這裡說明兩點，第一，*和fp為一體，說明了fp為指針類型，第二，*fp需要用括号括起來，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，傳回值為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後，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傳回值，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别名，使用起來就友善許多了。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友善地用來聲明變量了。typedef的使用不在本文的讨論範圍，但是特别強調一句，typedef中聲明的類型在變量名的位置出現，了解了這一句，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
           

為函數指針指派

指派也很簡單，既然是指針，将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;
}
           

在這裡，聲明了傳回類型為int，接受兩個int類型參數的函數指針f1和f2，分别給它們進行了指派。表達式1和表達式2在作用上并沒有什麼差別。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;
}
           

在函數指針後面加括号，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，但是哪個是正确的呢？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 *));
           

看起來很複雜對不對？拆開來看如下：

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

拿掉第四個參數後，很容易了解，它是一個無傳回值的函數，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，代表資料數量，第三個是size_t類型，代表單個資料占用空間大小，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麼類型呢？

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

很顯然，這是一個接受兩個const void*類型入參，傳回值為int的函數指針。

到這裡也就很清楚了。這個參數告訴qsort，應該使用哪個函數來比較元素，即隻要我們告訴qsort比較大小的規則，它就可以幫我們對任意資料類型的數組進行排序。

在這裡函數指針作為了參數，而他同樣可以作為傳回值，建立數組，作為結構體成員變量等等，它們的具體應用我們在後面的文章中會介紹，本文不作展開。本文隻介紹一個簡單執行個體。

執行個體介紹

我們通過一個執行個體來看函數指針怎麼使用。假設有一學生資訊，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
/*學生資訊*/
typedef struct student_tag
{
    char name[STU_NAME_LEN];  //學生姓名
    unsigned int id;          //學生學号
    int score;                //學生成績
}student_t;
int studentCompare(const void *stu1,const void *stu2)
{
　　/*強轉成需要比較的資料結構*/
    student_t *value1 = (student_t*)stu1;
    student_t *value2 = (student_t*)stu2;
    return value1->score-value2->score;
}
int main(void)
{
    /*建立三個學生資訊*/
    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，将studentCompare作為參數傳入qsort*/
    qsort((void*)stu,3,sizeof(student_t),studentCompare);
    int loop = 0;

    /**周遊輸出*/
    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;
}
           

我們建立了一個學生資訊結構，結構成員包括名字，學号和成績。main函數中建立了一個包含三個學生資訊的數組，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，是以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，傳回值為int。我們通過前面的學習知道了函數名本身就是指針，是以隻需要将我們自己實作的studentCompare作為參數傳入即可。

最終運作結果如下：

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

可以看到，最終學生資訊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。更多使用将在後面的文章介紹，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位址罷了。
• 聲明函數指針需要指明函數的傳回類型和形參類型。
• 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，隻需寫出函數原型，然後将函數名用(*fp)代替即可。這裡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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