>>>>2.1函數(shù)指針與指針函數(shù)

>>>2.1.1函數(shù)指針

變量的指針指向的是一塊數(shù)據(jù)，指針指向不同的變量，則取到的是不同的數(shù)據(jù)。而經(jīng)過編譯后的函數(shù)都是一段代碼，系統(tǒng)隨即為相應(yīng)的代碼分配一段存儲空間，而存儲這段代碼的起始地址（又稱為入口地址）就是這個函數(shù)的指針，即跳轉(zhuǎn)到某一個地址單元的代碼處去執(zhí)行。函數(shù)指針指向的是一段代碼（即函數(shù)），指針指向不同的函數(shù)，則具有不同的行為。

因為函數(shù)名是一個常量地址，所以只要將函數(shù)的地址賦給函數(shù)指針即可調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。如同數(shù)組名一樣，我們用的是函數(shù)本身的名字，它會返回函數(shù)的地址。當一個函數(shù)名出現(xiàn)在表達式中時，編譯器就會將其轉(zhuǎn)換為一個指針，即類似于數(shù)組變量名的行為，隱式地取出了它的地址。即函數(shù)名直接對應(yīng)于函數(shù)生成的指令代碼在內(nèi)存中的地址，因此函數(shù)名可以直接賦值給指向函數(shù)的指針。既然函數(shù)指針的值可以改變，那么就可以使用同一個函數(shù)指針指向不同的函數(shù)。如果有以下定義：

C語言的發(fā)明者K&R是這樣解釋的，“因為*是前置運算符，它的優(yōu)先級低于()，為了讓連接正確地進行，有必要加上括號。”這未免有些牽強附會了，解釋來解釋去反而將人搞暈了。因為聲明中的*、()、[]都不是運算符，而運算符的優(yōu)先順序在語法規(guī)則中是在其它地方定義的。其詳解如下：

即pf是一個指向返回int的函數(shù)的指針，它所指向的函數(shù)接受一個int類型的參數(shù)。 “int (*)(int)”類型名被解釋為指向返回int函數(shù)（參數(shù)為int）的指針類型。如果在該定義前添加typedef，比如：

未添加typedef前，pf是一個函數(shù)指針變量；而添加typedef后，pf就變成了函數(shù)指針類型，習(xí)慣的寫法是類型名pf大寫為PF。比如：

與其它類型的聲明不同，函數(shù)指針的聲明要求使用typedef關(guān)鍵字。另外，函數(shù)指針的聲明與函數(shù)原型的唯一不同是函數(shù)名用(*PF)代替了，“*”在此處表示“指向類型名為PF的函數(shù)”。顯然，有了PF類型即可定義函數(shù)指針變量pf1、pf2。比如：

雖然此聲明等價于：

但這種寫法更難理解。既然函數(shù)指針變量是一個變量，那么它的值就是可以改變的，因此可以使用同一個函數(shù)指針變量指向不同的函數(shù)。使用函數(shù)指針必須完成以下工作：

●獲取函數(shù)的地址，比如，pf = add，pf = sub；

●聲明一個函數(shù)指針，比如，“int (*pf)(int, int);”；

●使用函數(shù)指針來調(diào)用函數(shù)，比如，pf(5, 8)，(*pf)(5, 8)。為何pf與(*pf)等價呢？

●一種說法是，由于pf是函數(shù)指針，假設(shè)pf指向add()函數(shù)，則*pf就是函數(shù)add，因此使用(*pf)()調(diào)用函數(shù)。雖然這種格式不好看，但它給出了強有力的提示——代碼正在使用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。

●另一種說法是，由于函數(shù)名是指向函數(shù)的指針，那么指向函數(shù)的指針的行為應(yīng)該與函數(shù)名相似，因此使用pf()調(diào)用函數(shù)。因為這種調(diào)用方式既簡單又優(yōu)雅，所以人們更愿意選擇——說明人類追隨美好感受的內(nèi)心是無法抗拒的。

雖然它們在邏輯上互相沖突，但不同的流派有不同的觀點，且容忍邏輯上無法自圓其說的觀點，正是人類思維活動的特點。

在一個袖珍計算器中，經(jīng)常需要用到加減乘除開方等各種各樣的計算，雖然其調(diào)用方法都是一樣，但在運行中需要根據(jù)具體情況決定選擇調(diào)用支持某一算法的函數(shù)。如果使用如圖 2.1（a）所示的直接調(diào)用方式，則勢必形成了依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)，策略會受到細節(jié)改變的影響，當使用如圖 2.1（b）所示的函數(shù)指針接口倒置（或反轉(zhuǎn)）了這種依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)時，則使得細節(jié)和策略都依賴于函數(shù)指針接口，斷開了不想要的直接依賴。

當將直接訪問抽象成函數(shù)指針倒置（或反轉(zhuǎn)）了依賴的關(guān)系時，高層模塊不再依賴于低層模塊。高層模塊依賴于抽象，即一個函數(shù)指針形式的接口，同時細節(jié)也依賴于抽象，pf()實現(xiàn)了這個接口，即兩者都依賴于函數(shù)指針接口。在C語言中，通常用函數(shù)指針來實現(xiàn)DIP（倒置依賴關(guān)系），斷開不想要的直接依賴。既可以通過函數(shù)指針調(diào)用服務(wù)（被調(diào)用代碼），服務(wù)也可以通過函數(shù)指針回調(diào)用戶函數(shù)。都是一樣，但在運行中需要根據(jù)具體情況決定選擇調(diào)用支持某一算法的函數(shù)。如果使用如圖 2.1（a）所示的直接調(diào)用方式，則勢必形成了依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)，策略會受到細節(jié)改變的影響，當使用如圖 2.1（b）所示的函數(shù)指針接口倒置（或反轉(zhuǎn)）了這種依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)時，則使得細節(jié)和策略都依賴于函數(shù)指針接口，斷開了不想要的直接依賴。

圖 2.1 使用函數(shù)指針倒置依賴關(guān)系

函數(shù)指針是程序員經(jīng)常忽視的一個強大的語言能力，不僅使代碼更靈活可測，而且對消除重復(fù)條件邏輯有很大的幫助，同時還可以使調(diào)用者免于在編譯時或鏈接時依賴于某個特定的函數(shù)，其極大地好處是減少了C語言模塊之間的耦合。但函數(shù)指針的使用是有條件的，如果主調(diào)函數(shù)與被調(diào)函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系永遠不會發(fā)生改變，則采用直接調(diào)用方式是最簡單的，在這種情況下，模塊之間耦合是合理的，不僅代碼簡單直截了當，而且開銷也是最小的。如果需要在運行時使用一個或多個函數(shù)指針調(diào)用某一函數(shù)，則使用函數(shù)指針是最佳的選擇，通常將其稱之為動態(tài)接口，其范例程序詳見程序清單 2.1。

程序清單2.1通過函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)范例程序（1）

由于任何數(shù)據(jù)類型的指針都可以給void指針變量賦值，且函數(shù)指針的本質(zhì)就是一個地址，因此可以利用這一特性，將pf定義為一個void *類型指針，那么任何指針都可以賦值給void *類型指針變量。其調(diào)用方式如下：

在函數(shù)指針的使用過程中，指針的值表示程序?qū)⒁D(zhuǎn)的地址，指針的類型表示程序的調(diào)用方式。在使用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)時，務(wù)必保證調(diào)用的函數(shù)類型與指向的函數(shù)類型完全相同，所以必須將void *類型轉(zhuǎn)換為((int (*)(int, int)) pf)來使用，其類型為“int (*)(int, int)”。

>>>2.1.2指針函數(shù)

實際上，指針變量的用途非常廣泛，指針不僅可以作為函數(shù)的參數(shù)，而且指針還可以作為函數(shù)的返回值。當函數(shù)的返回值是指針時，則這個函數(shù)就是指針函數(shù)。當給定指向兩個整數(shù)的指針時，如程序清單 2.2所示的函數(shù)返回指向兩個整數(shù)中較大數(shù)的指針。當調(diào)用max時，用指向兩個int類型變量的指針作為參數(shù)，且將結(jié)果存儲在一個指針變量中，其中，max函數(shù)返回的指針是作為實參傳入的兩個指針的一個。

程序清單2.2求最大值函數(shù)（指針作為函數(shù)的返回值）

當然，函數(shù)也可以返回字符串，它返回的實際是字符串的地址，但一定要注意如何返回合法的地址。既可以返回是靜態(tài)的字符串地址，也可以在堆上分配字符串的內(nèi)存，然后返回其地址。注意，不要返回局部字符串的地址，因為內(nèi)存有可能被別的棧幀覆寫。

下面我們再來看一看，指針函數(shù)與函數(shù)指針變量有什么區(qū)別？如果有以下定義：

雖然兩者之間只差一個括號，但表示的意義卻截然不同。函數(shù)指針變量的本質(zhì)是一個指針變量，其指向的是一個函數(shù)；指針函數(shù)的本質(zhì)是一個函數(shù)，即將pf聲明為一個函數(shù)，它接受2個參數(shù)，其中一個是int *，另一個是int，其返回值是一個int類型的指針。

在指針函數(shù)中，還有一類這樣的函數(shù)，其返回值是指向函數(shù)的指針。對于初學(xué)者，別說寫出這樣的函數(shù)聲明，就是看到這樣的寫法也是一頭霧水。比如,下面這樣的語句：

這種寫法確實讓人非常難懂，以至于一些初學(xué)者產(chǎn)生誤解，認為寫出別人看不懂的代碼才能顯示自己水平高。而事實上恰好相反，能否寫出通俗易懂的代碼是衡量程序員是否優(yōu)秀的標準。當使用typedef后，則PF就成為了一個函數(shù)指針類型。即：

有了這個類型，那么上述函數(shù)的聲明就變得簡單多了。即：

下面將以程序清單 2.3為例，說明用函數(shù)指針作為函數(shù)返回值的用法。當用戶分別輸入d、x和p時，求數(shù)組的最大值、最小值和平均值。

程序清單2.3求最值與平均值范例程序

前4個函數(shù)分別實現(xiàn)了求最大值、最小值、平均值和未知算法，getOperation()根據(jù)輸入字符得到的返回值是以函數(shù)指針的形式返回的，從pf(dbData, iSize)可以看出是通過這個指針調(diào)用函數(shù)的。注意，指針函數(shù)可以返回新的內(nèi)存地址、全局變量的地址和靜態(tài)變量的地址，但不能返回局部變量的地址，因為函數(shù)結(jié)束后，在函數(shù)內(nèi)部的聲明的局部變量的聲明周期已經(jīng)結(jié)束，內(nèi)存將自動放棄。顯然，在主調(diào)函數(shù)中訪問這個指針所指向的數(shù)據(jù)，將會產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。

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