函数指针和指针函数

1、函数指针（指向函数的指针）

在c语言中，一个函数总是占用一段连续的内存区，而函数名就是该函数所占内存区的首地址（入口地址），所以函数名跟数组名很类似，都是指针常量。

函数指针就是指向这个入口地址的指针变量，注意函数指针是一个变量。

#include<stdio.h>

void f(int);

int main()
{
    //定义函数指针pf并给pf赋值使其指向函数f的入口地址
    //pf先跟*结合，说明pf是一个指针，然后与括号结合，说明这个指针指向函数
    void (*pf)(int)=f;    //等价于void (*pf)(int)=&f;
    pf(1);
    (*pf)(2);//把函数指针转换成函数名，这个转换并不需要
    f(3);
    return 0;
}

void f(int a)
{
    printf("%d
",a);
}

void (*pf)(int)=&f;为什么我们可以这样定义函数指针呢？来自《c和指针》给出了这样的解释：函数名被使用时总是由编译器把它转换为函数指针，&操作符只是显示地说明了编译器将隐式执行的任务 。

2、妙用函数指针一： 函数指针数组

c语言协会定期集中讨论一次，每次讨论有一个主持者，每个主持者对应一个函数（函数功能可以是输出主持者姓名及讨论主题或者完成其他功能）。现在要编写这样一段程序，输入一个整数i(i>=0)，根据输入的i调用不同主持者的函数。很快就能写出如下代码：

#include<stdio.h>

//各个主持者对应的函数声明
void Touch();
void DuanJiong();
void MeiKai();
void YinJun();
void JiangHaiLong();

void main()
{
    int i;
    scanf("%d",&i);
    switch(i){
    case 0:
        Touch();
        break;
    case 1:
        DuanJiong();
        break;
    case 2:
        MeiKai();
        break;
    case 3:
        YinJun();
        break;
    case 4:
        JiangHaiLong();
        break;
    }
}

void Touch()
{
    puts("我是Touch");
}

void DuanJiong()
{
    puts("我是段炯");
}

void MeiKai()
{
    puts("我是梅凯");
}

void YinJun()
{
    puts("我是殷俊");
}

void JiangHaiLong()
{
    puts("我是木子");
}

这段代码有错误吗，肯定木有，运行结果完全正确。但是注意这里只列出了5种情况，如果总共有很多种情况呢，那么我们就要写一大堆的case语句。而且每次都是从case 1 开始判断。那么是否可以简化代码并且能让程序不做这么多判断呢？这就引出了函数指针数组，顾名思义，就是存放函数指针的数组。现主函数修改如下所示：

void main()
{
    int i;
    void (*p[])()={Touch,DuanJiong,MeiKai,YinJun,JiangHaiLong};
    scanf("%d",&i);
    p[i]();
}

void (*p[])()={Touch,DuanJiong,MeiKai,YinJun,JiangHaiLong};声明了一个函数指针数组并赋值。把每个函数的入口地址存入这个数组，这样就不需要用switch语句了，根据下标i直接找到函数入口，省去了判断的时间。

3、妙用函数指针二： 回调函数

什么是回调函数，来着百度百科的解释：回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针(地址)作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用为调用它所指向的函数时，我们就说这是回调函数。这里函数指针是作为参数传递给另一个函数。

大家都写过冒泡排序吧，其代码如下：

//冒泡排序
void bubbleSort(int *a,int n)
{
    int i,j;
    for(i=1;i<n;i++)
        for(j=1;j<n-i+1;j++){
            if(a[j+1]<a[j]){
                a[j]=a[j]+a[j+1];
                a[j+1]=a[j]-a[j+1];
                a[j]=a[j]-a[j+1];
            }
        }
}

请注意到这样一个不足，这个冒泡排序只能对int型数组进行排序。如果我们想写这样一个函数，能同时对int型、float型、double型、char型、结构体类型...数组进行排序，该怎么写呢？也许你会想到函数重载，但是C语言没有这个概念。这里可以用函数指针来实现，其代码比重载更简洁，更高效这也是函数指针的最大用处，参考代码：

//回调函数对多种数据类型数组进行冒泡排序
//a表示待排序数组
//n表示数组长度
//size表示数组元素大小(即每个数组元素占用的字节数)
//int (*compare)(void *,void *) 声明了一个函数指针，在此作为参数
//void *类型的指针表示指向未知类型的指针,编译器并不会给void类型的指针分配空间,但我们可以把它进行强制类型转换
void bubbleSort(void *a,int n,int size,int (*compare)(void *,void *))
{
    int i,j,k;
    char *p,*q;
    char temp;//交换时暂存一个字节的数据
    for(i=0;i<n;i++)
        for(j=0;j<n-i-1;j++){
            //注意p,q都是字符类型的指针，加一都只移动一个字节
            p=(char*)a+j*size;
                        q=(char*)a+(j+1)*size;
          if(compare(p,q)>0){
                //一个一个字节的交换,从而实现了一个数据类型数据的交换
                for(k=0;k<size;k++){
                    temp=*p;
                    *p=*q;
                    *q=temp;
                    p++;
                    q++;
            }
            }
        }
}         

请注意代码中红色部分代码，要看懂这段代码需明确两个问题：（1）void*类型的指针未分配空间的，我们可以把它进行强制类型转换成char*。（2）对数组元素进行交换时，并不是一次就把两个数交换了，因为我们并不知道数据的确切类型。但知道数组元素的大小，这样就可以逐个字节进行交换。比如对int类型（占用四个字节）的值a、b进行交换，先交换a、b的第一个字节，然后第二个字节...

理解了这个代码，该怎么用呢？参数要传入一个函数指针，于是必须要写一个比较两个数大小的函数，且函数原型必须与int (*compare)(void *,void *)相匹配。下面是测试各种类型数组排序的代码：

#include<stdio.h>

typedef struct{
    int data;
}Node;

//函数声明
int charCompare(void *a,void *b);
int intCompare(void *a,void *b);
int floatCompare(void *a,void *b);
int doubleCompare(void *a,void *b);
int nodeCompare(void *a,void *b);
void bubbleSort(void *a,int n,int size,int (*compare)(void *,void *));

//比较两个char类型的数据的大小，a>b返回1，a<b返回-1，a==b返回0
int charCompare(void *a,void *b)
{
    if(*(char*)a==*(char*)b)
        return 0;
    return *(char*)a>*(char*)b?1:-1;
}
//比较两个int类型的数据的大小
int intCompare(void *a,void *b)
{
    if(*(int*)a==*(int*)b)
        return 0;
    return *(int*)a>*(int*)b?1:-1;
}
//比较两个float类型的数据的大小
int floatCompare(void *a,void *b)
{
    if(*(float*)a==*(float*)b)
        return 0;
    return *(float*)a>*(float*)b?1:-1;
}
//比较两个double类型的数据的大小
int doubleCompare(void *a,void *b)
{
    if(*(double*)a==*(double*)b)
        return 0;
    return *(double*)a>*(double*)b?1:-1;
}
//比较两个结构体类型（Node）的数据的大小
int nodeCompare(void *a,void *b)
{
    if(((Node*)a)->data == ((Node*)b)->data)
        return 0;
    return ((Node*)a)->data > ((Node*)b)->data ? 1 : -1;
}

void main()
{
    int i=0;
    //用于测试的各种类型数组
    char c[]={'d','a','c','e','b'};
    int a[]={3,2,4,0,1};
    float f[]={4.4,5.5,3.3,0,1};
    double b[]={4.4,5.5,3.3,0,1};
     Node n[]={{2},{0},{1},{4},{3}};

    //对各种数组进行排序
    puts("对char类型数组进行排序：");
    bubbleSort(c,5,sizeof(char),charCompare);
    for(i=0;i<5;i++)
        printf("%c ",c[i]);
    puts("");

    puts("对int类型数组进行排序：");
    bubbleSort(a,5,sizeof(int),intCompare);
    for(i=0;i<5;i++)
        printf("%d ",a[i]);
    puts("");

    puts("对float类型数组进行排序：");
    bubbleSort(f,5,sizeof(float),floatCompare);
    for(i=0;i<5;i++)
        printf("%.2f ",f[i]);
    puts("");

    puts("对double类型数组进行排序：");
    bubbleSort(b,5,sizeof(double),doubleCompare);
    for(i=0;i<5;i++)
        printf("%.2lf ",b[i]);
    puts("");

    puts("对结构体（Node）类型数组进行排序：");
    bubbleSort(n,5,sizeof(Node),nodeCompare);
    for(i=0;i<5;i++)
        printf("%d ",n[i].data);
    puts("");
}


//回调函数对多种数据类型数组进行冒泡排序
//a表示待排序数组
//n表示数组长度
//size表示数组元素大小(即每个数组元素占用的字节数)
//int (*compare)(void *,void *) 声明了一个函数指针，在此作为参数
//void *类型的指针表示指向未知类型的指针,编译器并不会给void类型的指针分配空间,但我们可以把它进行强制类型转换
void bubbleSort(void *a,int n,int size,int (*compare)(void *,void *))
{
    int i,j,k;
    char *p,*q;
    char temp;//交换时暂存一个字节的数据
    for(i=0;i<n;i++)
        for(j=0;j<n-i-1;j++){
            //注意p,q都是字符类型的指针，加一都只移动一个字节
            p=(char*)a+j*size;
            q=(char*)a+(j+1)*size;
            if(compare(p,q)>0){
                //一个一个字节的交换,从而实现了一个数据类型数据的交换
                for(k=0;k<size;k++){
                    temp=*p;
                    *p=*q;
                    *q=temp;
                    p++;
                    q++;
                }
            }
        }
}

运行结果：

再看看C语言标准库中的快速排序函数，它的实现原理及用法同上述冒泡排序

4、指针函数（返回指针的函数，确切的说是返回指针类型的函数）

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>

//创建长度为n的动态数组
//这是一个指针函数
int* array(int n)
{
    int *a=(int*)malloc(sizeof(int)*n);
    return a;
}
void main()
{ 
    int i,n=3;
    int *a=array(n);
    for(i=0;i<n;i++)
        a[i]=i;
    free(a);//注意a不用时要free掉，否则内存泄露
}

5、参考资料

《C和指针》、《the c programming language》、《c语言程序设计》谭浩强版、c标准库、《冒泡排序 && 快速排序 》  、其它网上资料