附3.函数指针

一.函指针概述

函数的作用:完成某一特定功能的代码块。

指针的作用:一种特殊的变量,用来保存地址值,某类型的指针指向某类型的地址。

下面定义了一个求两个数最大值的函数:
int maxValue (int a, int b) {
        return a > b ? a : b; 
} 

这段代码编译后生成的CPU指令存储在代码区,而这段代码其实是可以获取其地址的,而其地址就是函数名,我们可以使用指针存储这个函数的地址——函数指针。
函数指针其实就是一种特殊的指针——指向一个函数的指针。在很多高级语言中,它的思想是很重要的,尤其是它的“回调函数”。

二.函数指针定义与使用

任何变量定义都包含三部分: 变量类型 + 变量名 = 初值,那么定义一个函数指针,首先我们需要知道要定义一个什么样的函数指针(指针类型),那么问题来了,函数的类型又是什么呢?我们继续分析这段代码:

int maxValue (int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}    

这个函数的类型是有两个整型参数,返回值是个整型。对应的函数指针类型:

int (*) (int a, int b)

对应的函数指针定义:

int (*p)(int x, int  y);   

参数名可以去掉,并且通常都是去掉的。这样指针p就可以保存函数类型为两个整型参数,返回值是整型的函数地址了。

int (*p)(int, int);

通过函数指针调用函数:

int (*p)(int, int) = NULL;
p = maxValue;
p(20, 45);

三.回调函数

现在我们有这样一个需求:实现一个函数,将一个整形数组中比50大的打印在控制台,我们可能这样实现:

void compareNumberFunction(int *numberArray, int count, int compareNumber) { 
      for (int i = 0; i < count; i++) { 
           if (*(numberArray + i) > compareNumber) { 
                printf("%d\n", *(numberArray + i)); 
           }
       }
 }

 int main() {
 int numberArray[5] = {15, 34, 44, 56, 64};
 int compareNumber = 50;
 compareNumberFunction(numberArray, 5, compareNumber);
 return 0;
 } 

这样实现是没有问题的,然而现在我们又有这样一个需求:实现一个函数,将一个整形数组中比50小的打印在控制台。"What the fuck!"对于提需求者,你可能此时的心情是这样:


然而回到现实,这种需求是不可避免的,你可能想过复制粘贴,更改一下判断条件,然而作为开发者,我们要未雨绸缪,要考虑到将来可能添加更多类似的需求,那么你将会有大量的重复代码,使你的项目变得臃肿,所以这个时候我们需要冷静下来思考,其实这两个需求很多代码都是相同的,只要更改一下判断条件即可,而判断条件我们如何变得更加灵活呢?这时候我们就用到回调函数的知识了,我们可以定义一个函数,这个函数需要两个int型参数,函数内部实现代码是将两个整形数字做比较,将比较结果的bool值作为函数的返回值返回出来,以大于被比较数字的情况为例:

BOOL compareGreater(int number, int compareNumber) {
         return number > compareNumber; 
} 

同理,小于被比较的数字函数定义如下:

BOOL compareLess(int number, int compareNumber) { 
         return number < compareNumber; 
} 

接下来,我们可以将这个函数作为compareNumberFunction的一个参数进行传递(没错,函数可以作为参数),那么我们就需要一个函数指针获取函数的地址,从而在compareNumberFunction内部进行对函数的调用,于是,compareNumberFunction函数的定义变成了这样:

void compareNumberFunction(int *numberArray, int count, int compareNumber, BOOL (*p)(int, int)) { 
     for (int i = 0; i < count; i++) { 
            if (p(*(numberArray + i), compareNumber)) {
                    printf("%d\n", *(numberArray + i)); 
            }
      }
} 

具体使用时代吗如下:

int main() { 
         int numberArray[5] = {15, 34, 44, 56, 64}; 
         int compareNumber = 50;
         // 大于被比较数字情况: 
        compareNumberFunction(numberArray, 5, compareNumber,compareGreater); 
        // 小于被比较数字情况: 
        compareNumberFunction(numberArray, 5, compareNumber, compareLess); 
        return 0; 
} 

根据上述案例,我们可以得出结论:函数回调本质为函数指针作为函数参数,函数调用时传入函数地址,这使我们的代码变得更加灵活,可复用性更强。

四.动态排序

需求: 有30个学生需要排序
按成绩排
按年龄排

这种无法预测的需求变更,就是我们上文说的动态场景,那么解决方案就是函数回调:

typedef struct student{ 
     char name[20]; 
     int age; 
     float score;
}Student; 
//比较两个学生的年龄 
BOOL compareByAge(Student stu1, Student stu2) { 
       return stu1.age > stu2.age ? YES : NO; 
}
 //比较两个学生的成绩 
BOOL compareByScore(Student stu1, Student stu2) {
        return stu1.score > stu2.score ? YES : NO; 
}
void sortStudents(Student *array, int n, BOOL(*p)(Student, Student)){ 
      Student temp; 
      int flag = 0; 
      for (int i = 0; i < n - 1 && flag == 0; i++) { 
          flag = 1; 
          for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) { 
             if (p(array[j], array[j + 1])) {
               temp = array[j]; 
               array[j] = array[j + 1]; 
               array[j + 1] = temp;
               flag = 0; 
             }
           }
      }
 }
 int main() { 
       Student stu1 = {"小明", 19, 98}; 
       Student stu2 = {"小红", 20, 78}; 
       Student stu3 = {"小白", 21, 88};
       Student stuArray[3] = {stu1, stu2, stu3}; 
       sortStudents(stuArray, 3, compareByScore); 
       return 0;
 }

五.函数指针作为函数返回值

没错,既然函数指针可以作为参数,自然也可以作为返回值。

需求:定义一个函数,通过传入功能的名称获取到对应的函数。


整理一下发现,然后我们分析下需求,当前我们需要定义一个叫做findFunction的函数,这个函数传入一个字符串之后会返回一个int (*)(int, int)类型的函数指针,那么我们这个函数的声明是不是可以写成这样呢?

int (*)(int, int) findFunction(char *); 
//这看起来很符合我们的理解
//然而,这并不正确
//编译器无法识别两个完全并行的包含形参的括号(int, int)和(char *)
//真正的形式其实是这样:
int (*findFunction(char *))(int, int); 

这种声明从外观上看更像是脸滚键盘出来的结果,现在让我们来逐步的分析一下这个声明的组成步骤:

findFunction是一个标识符

findFunction()是一个函数

findFunction(char *)函数接受一个类型为char *的参数

*findFunction(char *)函数返回一个指针

(*findFunction(char *))()这个指针指向一个函数

(*findFunction(char *))(int, int)指针指向的函数接受两个整形参数

int (*findFunction(char *))(int, int)指针指向的函数返回一个整形

现在我们的分析已经完成了,编译器可以通过了,现在程序员疯了,这对我们来说就像鲱鱼罐头一样难以下咽,那么我们是不是有更好的书写方式呢?(老司机友情提示:typedef)

最终代码演变成了这样:

// 重定义函数指针类型 
typedef int (*FUNC)(int, int); 
// 求最大值函数 
int maxValue(int a, int b) { 
   return a > b ? a : b; 
} 
// 求最小值函数
int minValue(int a, int b) { 
   return a < b ? a : b; 
}
// findFunction函数定义
FUNC findFunction(char *name) { 
   if (0 == strcmp(name, "max")) { 
      return maxValue; 
   } else if (0 == strcmp(name, "min")) { 
      return minValue; 
   } 
   printf("Function name error"); 
   return NULL; 
} 
int main() {
   int (*p)(int, int) = findFunction("max");
   printf("%d\n", p(3, 5));
   int (*p1)(int, int) = findFunction("min"); 
   printf("min = %d\n", p1(3, 5)); 
   return 0; 
} 

到了这里,函数指针的内容已经结束了,有的同学还有可能困惑,为什么我要以函数去获取函数呢,直接使用maxValue和minValue不就好了么,其实在以后的编程过程中,很有可能maxValue和minValue被封装了起来,类的外部是不能直接使用的,那么我们就需要这种方式,如果你学习了Objective-C你会发现,所有的方法调用的实现原理都是如此。


补充:strcmp

原型:int strcmp(const char *s1, const char *s2);
头文件:#include <string.h>

功能:用来比较两个字符串
参数:s1、s2为两个进行比较的字符串
返回值:若s1、s2字符串相等,则返回零;若s1大于s2,则返回大于零的数;否则,则返回小于零的数。
说明:strcmp()函数是根据ACSII码的值来比较两个字符串的;strcmp()函数首先将s1字符串的第一个字符值减去s2第一个字符,若差值为零则继续比较下去;若差值不为零,则返回差值。

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