C语言 函数指针

1. 概念
   • 在C语言中，函数指针是一种特殊的指针类型，它指向的是函数而不是普通的数据变量。函数在内存中有其入口地址，函数指针就是用来存储这个地址的变量。
2. 函数指针的定义
   • 函数指针的定义形式如下：
     • 返回值类型 (*指针变量名)(参数类型列表);
     • 例如，定义一个指向返回值为int，参数为int和int的函数的指针：

       int (*funcPtr)(int, int);
       

     • 这里funcPtr就是一个函数指针变量，它可以指向任何返回值为int且有两个int类型参数的函数。
3. 函数指针的赋值与使用
   • 赋值
     • 可以将一个函数的地址赋给函数指针。例如：

       int add(int a, int b) {
           return a + b;
       }
       
       int main() {
           int (*funcPtr)(int, int) = add;
           // 或者 int (*funcPtr)(int, int); funcPtr = add;
           return 0;
       }
       

   • 使用函数指针调用函数
     • 一旦函数指针被赋值，就可以通过函数指针来调用它所指向的函数。有两种方式：
       • 直接使用函数指针变量调用：

         int add(int a, int b) {
             return a + b;
         }
         
         int main() {
             int (*funcPtr)(int, int) = add;
             int result = funcPtr(3, 5);
             printf("Result: %d\n", result);
             return 0;
         }
         

       • 也可以将函数指针作为函数参数传递，在另一个函数中调用：

         int add(int a, int b) {
             return a + b;
         }
         
         void callFunction(int (*funcPtr)(int, int), int num1, int num2) {
             int result = funcPtr(num1, num2);
             printf("Result: %d\n", result);
         }
         
         int main() {
             callFunction(add, 3, 5);
             return 0;
         }
         

4. 函数指针数组
   • 可以定义函数指针数组，这在需要根据不同情况调用不同函数时非常有用。例如：

     int add(int a, int b) {
         return a + b;
     }
     
     int subtract(int a, int b) {
         return a - b;
     }
     
     int multiply(int a, int b) {
         return a * b;
     }
     
     int main() {
         int (*funcArray[])(int, int) = {add, subtract, multiply};
         int result = funcArray[1](5, 3);
         printf("Result: %d\n", result);
         return 0;
     }
     

   • 在这个例子中，funcArray是一个函数指针数组，它包含了add、subtract和multiply三个函数的指针。通过funcArray[1]选择subtract函数的指针，然后调用subtract(5, 3)得到结果。
5. 函数指针作为函数返回值
   • 函数可以返回函数指针。例如：

     int add(int a, int b) {
         return a + b;
     }
     
     int subtract(int a, int b) {
         return a - b;
     }
     
     int (*selectFunction(int choice))(int, int) {
         if (choice == 0) {
             return add;
         } else {
             return subtract;
         }
     }
     
     int main() {
         int (*funcPtr)(int, int);
         funcPtr = selectFunction(1);
         int result = funcPtr(5, 3);
         printf("Result: %d\n", result);
         return 0;
     }
     

   • 在这个例子中，selectFunction函数根据传入的choice参数返回add函数或subtract函数的指针，然后在main函数中使用这个返回的函数指针调用相应的函数。
6. 用途
   • 回调函数
     • 函数指针常用于实现回调函数机制。例如，在一个排序算法函数中，可以将一个比较函数的指针作为参数传入。这样用户就可以根据自己的需求定义不同的比较函数，实现不同的排序逻辑。
   • 事件驱动编程
     • 在事件驱动的程序中，函数指针可以用来指向不同的事件处理函数。当某个事件发生时，通过函数指针调用相应的处理函数。
   • 实现多态性（类似概念在C语言中的体现）
     • 虽然C语言没有像面向对象语言那样的多态性，但函数指针可以在一定程度上实现类似的功能。例如，通过函数指针数组，可以根据不同的情况调用不同的函数，类似于多态性中的根据对象类型调用不同的方法。

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1. 如何使用函数指针调用函数

   • 直接调用
     • 首先，定义一个函数指针并将其指向一个函数。例如，有一个函数int add(int a, int b)，定义函数指针并赋值如下：

       int (*funcPtr)(int, int) = add;
       

     • 然后，可以使用函数指针直接调用函数：

       int result = funcPtr(3, 5);
       

   • 作为函数参数调用
     • 定义一个函数，该函数接受一个函数指针作为参数。例如：

       void callFunction(int (*funcPtr)(int, int), int num1, int num2) {
           int result = funcPtr(num1, num2);
           printf("Result: %d\n", result);
       }
       

     • 在调用这个函数时，将实际的函数名作为参数传入：

       int add(int a, int b) {
           return a + b;
       }
       
       int main() {
           callFunction(add, 3, 5);
           return 0;
       }
       

2. 如何通过函数指针访问结构体成员（假设函数指针指向的函数操作结构体）

   • 首先定义一个结构体和操作该结构体的函数。例如：

     struct Point {
         int x;
         int y;
     };
     
     int getX(struct Point *p) {
         return p->x;
     }
     

   • 然后定义函数指针并赋值：

     int (*funcPtr)(struct Point *);
     funcPtr = getX;
     

   • 在使用函数指针时，传入结构体指针参数：

     struct Point p = {3, 5};
     int result = funcPtr(&p);
     

   • 这里通过函数指针funcPtr调用getX函数，getX函数通过传入的结构体指针p访问结构体成员x。

3. 函数指针与数组指针的区别

   • 指向的对象不同
     • 函数指针：指向的是函数的入口地址。函数指针的定义形式为返回值类型 (*指针变量名)(参数类型列表)，例如int (*funcPtr)(int, int)，它指向的是一个接受两个int参数并返回int值的函数。
     • 数组指针：指向的是数组。数组指针的定义形式为数据类型 (*指针变量名)[数组大小]，例如int (*arrPtr)[5]，它指向的是一个包含5个int元素的数组。
   • 指针运算不同
     • 函数指针：函数指针的指针运算在标准C中没有定义（因为函数在内存中的布局不是像数组那样连续存储元素的形式）。虽然在某些编译器下可能有一些特定的实现，但从标准角度看，不应该对函数指针进行算术运算（如++、--等）。
     • 数组指针：数组指针可以进行指针运算。例如，如果arrPtr是一个指向包含5个int元素数组的指针，那么arrPtr + 1将指向内存中紧接着当前数组的下一个包含5个int元素的数组（假设数组在内存中是连续存储的）。
   • 用途不同
     • 函数指针：主要用于实现回调函数、函数表（函数指针数组）等功能，用于在不同的代码模块之间传递函数的调用关系，实现类似于多态的行为。例如，在排序算法中传入比较函数指针，以实现不同的排序逻辑。
     • 数组指针：用于处理多维数组（特别是不规则的多维数组）或者在函数参数传递中传递数组的地址而不丢失数组的维数信息。例如，在处理矩阵运算时，使用数组指针可以方便地遍历矩阵。