1.6 函数指针

函数指针概念

函数指针（Function Pointer）是指向函数的指针，换句话说，函数的地址可以被一个指针变量保存，这个指针变量就是函数指针。

在C语言中，函数也具有地址，因此可以像处理普通变量一样，获取函数的地址，并通过指针调用函数。

主要作用：

• 动态调用函数：根据不同的条件，调用不同的函数。
• 回调机制：将函数指针作为参数传递，实现回调函数。
• 实现多态性：在一定程度上实现类似面向对象的多态特性。

函数指针的声明

return_type (*pointer_name)(parameter_list);

• return_type：函数的返回类型。
• pointer_name：函数指针的名称。
• parameter_list：参数列表，与函数的参数列表相同。

举例：定义一个函数指针，指向返回 int 类型、接受两个 int 参数的函数

int (*func_ptr)(int, int);

函数指针的使用

• 定义函数指针：根据目标函数的类型和参数列表，定义相应的函数指针。
• 指针赋值：将目标函数的地址赋值给函数指针。
• 通过函数指针调用函数：使用 (*pointer_name)(arguments) 或 pointer_name(arguments) 语法调用函数。

#include <stdio.h>

// 定义一个函数，求两个整数的和
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    // 1. 定义函数指针
    int (*func_ptr)(int, int);

    // 2. 将函数地址赋值给函数指针
    func_ptr = &add;  // &可以省略，函数名即函数地址

    // 3. 通过函数指针调用函数
    int result = func_ptr(5, 3);
    printf("Result: %d\n", result);  // 输出：Result: 8

    return 0;
}

• int (*func_ptr)(int, int);：定义了一个函数指针，指向返回 int 类型、接受两个 int 参数的函数。
• func_ptr = &add;：将函数 add 的地址赋值给函数指针 func_ptr。
  • & 符号可以省略，因为函数名本身就是函数的地址。
• func_ptr(5, 3);：通过函数指针调用函数，传入参数 5 和 3。

函数指针数组

定义函数指针数组，当需要存储多个函数的地址时，可以使用函数指针数组。

return_type (*array_name[N])(parameter_list);

• array_name：数组名称。
• N：数组大小。

#include <stdio.h>

// 定义四个简单的运算函数
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 divide(int a, int b) {
    if (b != 0)
        return a / b;
    else {
        printf("Division by zero!\n");
        return 0;
    }
}

int main() {
    // 定义一个函数指针数组
    int (*operations[4])(int, int) = {add, subtract, multiply, divide};

    int choice;
    int x = 20, y = 10;
    int result;

    printf("Select operation: 0-Add, 1-Subtract, 2-Multiply, 3-Divide: ");
    scanf("%d", &choice);

    if (choice >= 0 && choice < 4) {
        // 调用选定的函数
        result = operations[choice](x, y);
        printf("Result: %d\n", result);
    } else {
        printf("Invalid choice!\n");
    }

    return 0;
}

• int (*operations[4])(int, int)：定义了一个大小为4的函数指针数组，每个元素都是指向返回 int 类型、接受两个 int 参数的函数。
• 将 add、subtract、multiply、divide 函数的地址赋值给数组元素。
• 根据用户输入，选择对应的函数进行计算。

回调函数

回调函数（Callback Function）是一种通过函数指针调用的函数，通常作为参数传递给另一个函数，以便在特定事件或条件下被调用。

回调函数的作用：

• 实现灵活的代码结构
• 提高程序的可扩展性和可重用性

#include <stdio.h>

// 比较函数，返回值类似strcmp
int compare_ascending(int a, int b) {
    return a - b;
}

int compare_descending(int a, int b) {
    return b - a;
}

// 冒泡排序函数，接受回调函数作为比较依据
void bubble_sort(int arr[], int n, int (*compare)(int, int)) {
    int i, j, temp;
    for (i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (j = 0; j < n - 1 - i; j++) {
            if (compare(arr[j], arr[j + 1]) > 0) {
                // 交换元素
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

int main() {
    int data[] = {5, 3, 8, 6, 2, 7, 4, 1};
    int n = sizeof(data) / sizeof(data[0]);

    // 排序，使用升序比较函数
    bubble_sort(data, n, compare_ascending);

    printf("Ascending order: ");
    for (int i = 0; i < n; i++)
        printf("%d ", data[i]);
    printf("\n");

    // 排序，使用降序比较函数
    bubble_sort(data, n, compare_descending);

    printf("Descending order: ");
    for (int i = 0; i < n; i++)
        printf("%d ", data[i]);
    printf("\n");

    return 0;
}

• bubble_sort 函数接受一个函数指针 compare 作为参数，用于比较数组元素。
• compare_ascending 和 compare_descending 是符合要求的回调函数，用于实现不同的排序顺序。
• 通过传递不同的比较函数，实现了排序方式的灵活切换。