试图理解 C 中的函数指针

Question

我正在尝试理解函数指针并且正在挣扎。我在 K&R 中看到了排序示例以及其他一些类似的示例。我的主要问题是计算机实际在做什么。我创建了一个非常简单的程序来尝试了解基础知识。请参阅以下内容：

#include <stdio.h>

int func0(int*,int*);
int func1(int*,int*);

int main(){

    int i = 1;
    myfunc(34,23,(int(*)(void*,void*))(i==1?func0:func1));//34 and 23 are arbitrary inputs



}

void myfunc(int x, int y, int(*somefunc)(void *, void *)){

    int *xx =&x;
    int *yy=&y;

    printf("%i",somefunc(xx,yy));


}

int func0(int *x, int *y){

    return (*x)*(*y);

}

int func1(int *x, int *y){

    return *x+*y;
} 

程序根据某个变量将两个数字相乘或相加（主函数中的 i - 可能应该是主函数中的参数）。 fun0 将两个整数相乘，而 func1 将它们相加。

我知道这个例子很简单，但是如何传递一个函数指针而不是在函数 myfunc 中放置一个条件？ 即在 myfunc 中有以下内容：

if(i == 1)printf("%i",func0(xx,yy));

else printf("%i",func1(xx,yy));

如果我这样做，结果将是相同的，但不使用函数指针。

Answer 1

您对函数指针如何工作的理解很好。您没有看到的是软件系统将如何从使用函数指针中受益。当使用不知道其他组件的组件时，它们变得很重要。

qsort() 就是一个很好的例子。 qsort 将让您对任何数组进行排序，并且实际上并不知道数组的组成部分。因此，如果您有一个结构数组，或者更可能是指向结构的指针，则必须提供一个可以比较结构的函数。

struct foo {
  char * name;
  int magnitude;
  int something;
};

int cmp_foo(const void *_p1, const void *_p2)
{
  p1 = (struct foo*)_p1;
  p2 = (struct foo*)_p2;

  return p1->magnitude - p2->magnitude;
}

struct foo ** foos;
// init 10 foo structures...

qsort(foos, 10, sizeof(foo *), cmp_foo);

那么 foos 数组将根据幅度字段进行排序。

如您所见，这允许您将 qsort 用于任何类型——您只需提供比较功能。

函数指针的另一个常见用途是回调，例如在 GUI 编程中。如果您希望在单击按钮时调用函数，则应在设置按钮时提供指向 GUI 库的函数指针。

Answer 2

传递函数指针比在函数 myfunc 中放置条件更可取

有时不可能在其中放置条件：例如，如果您正在编写排序算法，并且您不知道要提前排序什么，则根本无法放置条件；函数指针让您可以将一段计算“插入”到主算法中，而无需跳过任何环节。

就机制的工作原理而言，想法很简单：所有编译后的代码都位于程序内存中，CPU 从某个地址开始执行它。有指令使 CPU 在地址之间跳转，记住当前地址并跳转，调用先前跳转的地址并返回，等等。当你调用一个函数时，CPU 需要知道的一件事是它在程序存储器中的地址。函数的名称代表该地址。您可以直接提供该地址，也可以将其分配给一个指针以进行间接访问。这类似于通过指针访问值，只是在这种情况下您间接访问代码，而不是访问数据。

Answer 3

首先，您永远不能将函数指针类型转换为不同类型的函数指针。这是 C (C11 6.5.2.2) 中未定义的行为。

在处理函数指针时，一个非常重要的建议是始终使用 typedef。

因此，您的代码可以/应该重写为：

typedef int (*func_t)(int*, int*);

int func0(int*,int*);
int func1(int*,int*);

int main(){

    int i = 1;
    myfunc(34,23, (i==1?func0:func1)); //34 and 23 are arbitrary inputs
}

void myfunc(int x, int y, func_t func){

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要回答这个问题，当你不知道函数的性质时，你想使用函数指针作为参数。这在编写通用算法时很常见。

以标准C函数bsearch()为例：

void *bsearch (const void *key, 
               const void *base,
               size_t nmemb, 
               size_t size,
               int (*compar)(const void *, const void *));
              );

这是一个通用的二分搜索算法，搜索任何形式的一维数组，包含未知类型的数据，例如用户定义的类型。在这里，“比较”函数正在比较两个性质未知的对象是否相等，并返回一个数字来表示这一点。

“如果键对象分别被认为小于、匹配或大于数组元素，则函数应返回小于、等于或大于零的整数。”

函数由知道数据性质的调用者编写。在计算机科学中，这称为"function object" 或有时称为“函子”。在面向对象设计中经常遇到。

一个例子（伪代码）：

typedef struct  // some user-defined type
{
  int* ptr;
  int  x;
  int  y;
} Something_t;

int compare_Something_t (const void* p1, const void* p2)
{
  const Something_t* s1 = (const Something_t*)p1;
  const Something_t* s2 = (const Something_t*)p2;

  return s1->y - s2->y;  // some user-defined comparison relevant to the object
}

...

Something_t  search_key = { ... };
Something_t  array[] = { ... };
Something_t* result; 

result = bsearch(&search_key,
                 array,
                 sizeof(array) / sizeof(Something_t), // number of objects
                 sizeof(Something_t), // size of one object
                 compare_Something_t // function object
                );