C語言 函式指標

西北野狼發表於2024-10-02
C語言函式指標
  1. 概念
    • 在C語言中，函式指標是一種特殊的指標型別，它指向的是函式而不是普通的資料變數。函式在記憶體中有其入口地址，函式指標就是用來儲存這個地址的變數。
  2. 函式指標的定義
    • 函式指標的定義形式如下：
      • 返回值型別 (*指標變數名)(引數型別列表);
      • 例如，定義一個指向返回值為int，引數為int和int的函式的指標：
        int (*funcPtr)(int, int);
      • 這裡funcPtr就是一個函式指標變數，它可以指向任何返回值為int且有兩個int型別引數的函式。
  3. 函式指標的賦值與使用
    • 賦值
      • 可以將一個函式的地址賦給函式指標。例如：
        int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int (*funcPtr)(int, int) = add;
    // 或者 int (*funcPtr)(int, int); funcPtr = add;
    return 0;
}
    • 使用函式指標呼叫函式
      • 一旦函式指標被賦值，就可以透過函式指標來呼叫它所指向的函式。有兩種方式：
        • 直接使用函式指標變數呼叫：
          int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int (*funcPtr)(int, int) = add;
    int result = funcPtr(3, 5);
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}
        • 也可以將函式指標作為函式引數傳遞，在另一個函式中呼叫：
          int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

void callFunction(int (*funcPtr)(int, int), int num1, int num2) {
    int result = funcPtr(num1, num2);
    printf("Result: %d\n", result);
}

int main() {
    callFunction(add, 3, 5);
    return 0;
}
  4. 函式指標陣列
    • 可以定義函式指標陣列，這在需要根據不同情況呼叫不同函式時非常有用。例如：
      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 main() {
    int (*funcArray[])(int, int) = {add, subtract, multiply};
    int result = funcArray[1](5, 3);
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}
    • 在這個例子中，funcArray是一個函式指標陣列，它包含了add、subtract和multiply三個函式的指標。透過funcArray[1]選擇subtract函式的指標，然後呼叫subtract(5, 3)得到結果。
  5. 函式指標作為函式返回值
    • 函式可以返回函式指標。例如：
      int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

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

int (*selectFunction(int choice))(int, int) {
    if (choice == 0) {
        return add;
    } else {
        return subtract;
    }
}

int main() {
    int (*funcPtr)(int, int);
    funcPtr = selectFunction(1);
    int result = funcPtr(5, 3);
    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}
    • 在這個例子中，selectFunction函式根據傳入的choice引數返回add函式或subtract函式的指標，然後在main函式中使用這個返回的函式指標呼叫相應的函式。
  6. 用途
    • 回撥函式
      • 函式指標常用於實現回撥函式機制。例如，在一個排序演算法函式中，可以將一個比較函式的指標作為引數傳入。這樣使用者就可以根據自己的需求定義不同的比較函式，實現不同的排序邏輯。
    • 事件驅動程式設計
      • 在事件驅動的程式中，函式指標可以用來指向不同的事件處理函式。當某個事件發生時，透過函式指標呼叫相應的處理函式。
    • 實現多型性（類似概念在C語言中的體現）
      • 雖然C語言沒有像面嚮物件語言那樣的多型性，但函式指標可以在一定程度上實現類似的功能。例如，透過函式指標陣列，可以根據不同的情況呼叫不同的函式，類似於多型性中的根據物件型別呼叫不同的方法。

  1. 如何使用函式指標呼叫函式

    • 直接呼叫
      • 首先，定義一個函式指標並將其指向一個函式。例如，有一個函式int add(int a, int b)，定義函式指標並賦值如下：
        int (*funcPtr)(int, int) = add;
      • 然後，可以使用函式指標直接呼叫函式：
        int result = funcPtr(3, 5);
    • 作為函式引數呼叫
      • 定義一個函式，該函式接受一個函式指標作為引數。例如：
        void callFunction(int (*funcPtr)(int, int), int num1, int num2) {
    int result = funcPtr(num1, num2);
    printf("Result: %d\n", result);
}
      • 在呼叫這個函式時，將實際的函式名作為引數傳入：
        int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    callFunction(add, 3, 5);
    return 0;
}

  2. 如何透過函式指標訪問結構體成員（假設函式指標指向的函式操作結構體）

    • 首先定義一個結構體和操作該結構體的函式。例如：
      struct Point {
    int x;
    int y;
};

int getX(struct Point *p) {
    return p->x;
}
    • 然後定義函式指標並賦值：
      int (*funcPtr)(struct Point *);
funcPtr = getX;
    • 在使用函式指標時，傳入結構體指標引數：
      struct Point p = {3, 5};
int result = funcPtr(&p);
    • 這裡透過函式指標funcPtr呼叫getX函式，getX函式透過傳入的結構體指標p訪問結構體成員x。

  3. 函式指標與陣列指標的區別

    • 指向的物件不同
      • 函式指標：指向的是函式的入口地址。函式指標的定義形式為返回值型別 (*指標變數名)(引數型別列表)，例如int (*funcPtr)(int, int)，它指向的是一個接受兩個int引數並返回int值的函式。
      • 陣列指標：指向的是陣列。陣列指標的定義形式為資料型別 (*指標變數名)[陣列大小]，例如int (*arrPtr)[5]，它指向的是一個包含5個int元素的陣列。
    • 指標運算不同
      • 函式指標：函式指標的指標運算在標準C中沒有定義（因為函式在記憶體中的佈局不是像陣列那樣連續儲存元素的形式）。雖然在某些編譯器下可能有一些特定的實現，但從標準角度看，不應該對函式指標進行算術運算（如++、--等）。
      • 陣列指標：陣列指標可以進行指標運算。例如，如果arrPtr是一個指向包含5個int元素陣列的指標，那麼arrPtr + 1將指向記憶體中緊接著當前陣列的下一個包含5個int元素的陣列（假設陣列在記憶體中是連續儲存的）。
    • 用途不同
      • 函式指標：主要用於實現回撥函式、函式表（函式指標陣列）等功能，用於在不同的程式碼模組之間傳遞函式的呼叫關係，實現類似於多型的行為。例如，在排序演算法中傳入比較函式指標，以實現不同的排序邏輯。
      • 陣列指標：用於處理多維陣列（特別是不規則的多維陣列）或者在函式引數傳遞中傳遞陣列的地址而不丟失陣列的維數資訊。例如，在處理矩陣運算時，使用陣列指標可以方便地遍歷矩陣。

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