指针进阶 - 3（深入理解C语言）

文章的源代码放在这需要自取：gitee

1. 函数指针

在前面的文章(指针进阶 - 1)中已经讲到过：
整形指针 - 指向整形的指针 int*
字符指针 - 指向字符的指针 char*
数组指针 - 指向数组的指针 int arr[10]—>int (*parr)[]10 = &arr;

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所以：
函数指针是指向函数的指针变量。函数指针可以像一般函数一样，用于调用函数、传递参数。函数指针的定义方式为：
函数返回值类型 ( *指针变量名) (函数参数列表);

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例如：

int (*p) (int, int);

这个语句定义了一个指针变量 p，该指针变量可以指向返回值类型为 int 型，且有两个整型参数的函数。

数组指针中存放的是数组的地址，
函数指针中也应该存放着函数的地址
那么函数有地址吗？
我们来看下面这一段代码：

#include 
void test()
{
 printf("hehe\n");
}
int main()
{
 printf("%p\n", test);
 printf("%p\n", &test);
 return 0;
}

输出的结果：

输出的是两个地址，这两个地址是 test 函数的地址。 那我们的函数的地址要想保存起来，怎么保存？ 下面我们看代码：

void test()
{
 printf("hehe\n");
}
//下面pfun1和pfun2哪个有能力存放test函数的地址？
void (*pfun1)();
void *pfun2();

首先，能给存储地址，就要求pfun1或者pfun2是指针，那哪个是指针？ 答案是：

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pfun1可以存放。pfun1先和*结合，说明pfun1是指针，指针指向的是一个函数，指向的函数无参数，返回值类型为void。

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需要额外注意的是：

数组名：数组首元素的地址
&(数组名)：整个数组的地址
（函数)和&(函数名)都是取的函数的地址，没有区别

下面我们来阅读两段有趣的代码：

//代码1
(*(void (*)())0)();
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

代码1：(*(void (*)())0)();
这段代码是一个函数指针调用的表达式。首先，(void (*)())0 是将整型字面值0强制转换为函数指针类型 void (*)()。这里 void (*)() 表示一个指向无返回值且不带参数的函数的指针类型。然后，* 运算符用于解引用这个函数指针，即获取指针所指向的函数。最后，() 运算符将函数调用。
这段代码的含义是调用地址为0的函数。

代码2：void (*signal(int, void (*)(int)))(int);

这段代码是函数声明的语句。它声明了一个名为 signal 的函数，该函数接受两个参数：一个整型参数和一个指向带有整型参数的函数的指针。函数 signal 的返回类型是一个指针，指向一个带有整型参数的函数，返回类型为 void。
代码2太复杂，如何简化：

typedef void(*pfun_t)(int);
pfun_t signal(int, pfun_t);

2. 函数指针数组

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函数指针数组是一个数组，其元素是函数指针类型。函数指针是指向函数的指针变量，它可以用于调用相应的函数。

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下面是一个简单的函数指针数组的例子（计算器）：

2.1 使用switch语句

#include 
int add(int a, int b)
{
	 return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	 return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
 	return a*b;
}
int div(int a, int b)
{
 	return a / b;
}
int main()
{
 int x, y;
 int input = 1;
 int ret = 0;
 do
 {
 	 printf( "*************************\n" );
	 printf( " 1:add 2:sub \n" );
	 printf( " 3:mul 4:div \n" );
	 printf( "*************************\n" );
	 printf( "请选择：" );
	 scanf( "%d", &input);
	 switch (input)
	 {
	 case 1:
	 	printf( "输入操作数：" );
	 	scanf( "%d %d", &x, &y);
	 	ret = add(x, y);
	 	printf( "ret = %d\n", ret);
	 	break;
	 case 2:
		 printf( "输入操作数：" );
		 scanf( "%d %d", &x, &y);
		 ret = sub(x, y);
		 printf( "ret = %d\n", ret);
		 break;
	 case 3:
		 printf( "输入操作数：" );
		 scanf( "%d %d", &x, &y);
		 ret = mul(x, y);
		 printf( "ret = %d\n", ret);
		 break;
	 case 4:
		 printf( "输入操作数：" );
		 scanf( "%d %d", &x, &y);
		 ret = div(x, y);
		 printf( "ret = %d\n", ret);
		 break;
	 case 0:
	 	printf("退出程序\n");
	 	breark;
	 default:
	 	printf( "选择错误\n" );
	 	break;
	 }
 } while (input);
 
	 return 0;
}

2.2 使用函数指针数组

#include 
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表
	while (input)
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		if ((input <= 4 && input >= 1))
		{
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = (*p[input])(x, y);
		}
		else if (input == 0)
		{
			printf("退出\n");
			break;
		}
		{
			printf("输入有误\n");
			continue;
		}

		printf("ret = %d\n", ret);
	}
	return 0;
}

这样就使得函数在扩展时能够更加的方便

3. 指向函数指针数组的指针

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指向函数指针数组的指针是一个指针，它指向一个函数指针数组的首地址。这个指针可以用来访问函数指针数组中的元素，并调用相应的函数。

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如何定义？

void test(const char* str)
{
 printf("%s\n", str);
}
int main()
{
	 //函数指针pfun
	 void (*pfun)(const char*) = test;
	 //函数指针的数组pfunArr
	 void (*pfunArr[5])(const char* str);
	 pfunArr[0] = test;
	 //指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArr
	 void (*(*ppfunArr)[5])(const char*) = &pfunArr;
	 return 0;
}

总的来说：
1.指向函数指针数组的指针可以帮助简化访问这种数组的代码，并且可以保持对数组的引用，以便在需要时对其进行修改。

2.指向函数指针数组的指针可以帮我们可以更好地管理和操作函数指针数组，从而实现更高级和可扩展的程序设计。

4. 回调函数

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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，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。

回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。

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4.1 讲解回调函数，我们需要用借助一下qsort函数：

qsort函数是啥呢？（qsort函数内部核心算法为快速排序，并且它适用于任何类型数据的排序）
我们先来看看Cplusplus官网怎么说吧：
链接在这 ：qsort函数



由qsort函数的介绍可知，qsort的第四个参数就与回调函数有关。
熟悉了qsort函数之后，我们就先来演示一下qsort函数的使用：

#include 
//qosrt函数的使用者得实现一个比较函数
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
 return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}
int main()
{
	 int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	 int i = 0;
	 
	 qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);
	 for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	 {
	 	printf( "%d ", arr[i]);
	 }
	 printf("\n");
	 return 0;
}

下面我来解释一下此代码：

int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
    return (*(int *)p1 - *(int *)p2);
}

这是一个比较函数 int_cmp，它的作用是为了 qsort 函数提供一个用于比较两个元素的方法。比较函数的原型必须与 qsort 要求的一致。在这个例子中，比较函数的参数是 const void * 类型的指针，表示指向待比较元素的地址。函数内部，我们将这些指针转换为 int * 类型，并比较指针所指向的值。函数返回一个整数，用于指示两个元素之间的相对顺序。

int main()
{
    int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
    int i = 0;
    
    qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
    for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

在 main 函数中，我们定义了一个整数数组 arr，其中包含了一些未排序的整数。
接下来，我们调用 qsort 函数对数组进行排序。qsort 函数接受四个参数：待排序数组的起始地址、数组中元素的数量、每个元素的大小和比较函数的指针。在这个例子中，我们将数组的起始地址 arr 传递给 qsort，并计算了数组的元素数量和每个元素的大小。最后一个参数是比较函数 int_cmp 的指针。

完成排序后，我们使用循环遍历数组，并使用 printf 函数打印排序后的结果。

最后，我们打印一个换行符并返回0，表示程序执行成功结束。

4.2 使用回调函数，模拟实现qsort（采用冒泡的方式）:

#include 
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
	 return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}
void _swap(void *p1, void * p2, int size)
{
	 int i = 0;
	 for (i = 0; i< size; i++)
	 {
	 char tmp = *((char *)p1 + i);
	 *(( char *)p1 + i) = *((char *) p2 + i);
	 *(( char *)p2 + i) = tmp;
	 }
}
void bubble(void *base, int count , int size, int(*cmp )(void *, void *))
{
	 int i = 0;
	 int j = 0;
	 for (i = 0; i< count - 1; i++)
	 {
		 for (j = 0; j<count-i-1; j++)
		 {
			 if (cmp ((char *) base + j*size , (char *)base + (j + 1)*size) > 0)
			 {
			 	_swap(( char *)base + j*size, (char *)base + (j + 1)*size, size);
			 }
		 }
	 }
}
int main()
{
 int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
 //char *arr[] = {"aaaa","dddd","cccc","bbbb"};
 int i = 0;
 bubble(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);
 for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
 {
	 printf( "%d ", arr[i]);
 }
 	printf("\n");
 	return 0;
}

下面来解释此代码：
int_cmp函数就不说了，上面刚刚解释过，我们讲讲 _swap函数和bubble函数：

4.2.1 _swap

void _swap(void *p1, void * p2, int size)
{
	 int i = 0;
	 for (i = 0; i< size; i++)
	 {
	 char tmp = *((char *)p1 + i);
	 *(( char *)p1 + i) = *((char *) p2 + i);
	 *(( char *)p2 + i) = tmp;
	 }
}

参数解析：
p1：第一个元素的指针。
p2：第二个元素的指针。
size：元素的大小（以字节为单位）。

函数内部实现：
1.首先，_swap 函数使用一个整型变量 i 来迭代遍历元素的每个字节。

2.在每次迭代中，它通过指针算术将 p1 和 p2 指针分别偏移 i 个字节，以访问到两个元素的对应字节。

3.使用字符指针的强制类型转换，我们将这些指针转换为 char * 类型，以便按字节进行访问和交换。

4.创建一个临时变量 tmp，用于存储 p1 指针指向的字节的值。

5.将 p1 指针指向的字节值更新为 p2 指针指向的字节值。

6.将 p2 指针指向的字节值更新为临时变量 tmp 的值。

7.这样，p1 和 p2 指针所指向的元素值就完成了交换。

4.2.2 bubble

void bubble(void *base, int count , int size, int(*cmp )(void *, void *))
{
	 int i = 0;
	 int j = 0;
	 for (i = 0; i< count - 1; i++)
	 {
		 for (j = 0; j<count-i-1; j++)
		 {
			 if (cmp ((char *) base + j*size , (char *)base + (j + 1)*size) > 0)
			 {
			 	_swap(( char *)base + j*size, (char *)base + (j + 1)*size, size);
			 }
		 }
	 }
}

参数解析：
base：指向待排序数组的指针，这里使用 void * 类型表示通用指针，可以指向任意类型的数组。
count：待排序数组中的元素数量。
size：每个元素的大小（以字节为单位）。
cmp：用于比较两个元素的函数指针。

函数内部实现：
1.首先，bubble 函数使用两个循环来遍历数组，外层循环控制需要比较的轮数，内层循环用于执行相邻元素的比较和交换操作。

2.在每一轮的内层循环中，j 的取值范围是 0 到 count - i - 1，其中 i 表示当前的轮数。

3.使用比较函数 cmp 对相邻的两个元素进行比较，比较函数的返回值大于0表示前一个元素大于后一个元素，需要进行交换。

4. 如果需要交换，则调用辅助函数 _swap 来交换两个元素的值。注意，这里传递的是指向元素的地址（通过指针运算和类型转换实现）以及元素的大小。

5.内层循环结束后，当前轮次的比较和交换操作完成，最大的元素被交换到了当前轮的末尾位置。

6.外层循环重复执行，每次迭代都会将当前轮中最大的元素交换到相应的位置，直到所有轮次的比较和交换操作完成。

7.最终，数组中的元素就按照指定的比较规则进行了排序。

5. sizeof运算符和strlen函数

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sizeof

1. sizeof 是C语言中的一个运算符，而不是一个函数。

2. 它用于获取数据类型或变量所占用的内存大小（以字节为单位）。

3. sizeof 的形式为 sizeof(expression)，其中 expression 可以是数据类型、变量、或表达式。

4. sizeof 返回一个 size_t 类型的值，表示给定表达式的内存大小。

5. sizeof 在编译时进行计算，它不会对表达式进行实际的计算或访问。

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strlen

1. strlen 是C语言中的一个库函数，它位于头文件 中。

2. 它用于获取字符串的长度，即字符串中字符的个数（不包括空字符 \0）。

3. strlen 的形式为 strlen(str)，其中 str 是一个以空字符结尾的字符数组（字符串）。

4. strlen 返回一个 size_t 类型的值，表示给定字符串的长度。

5. strlen 在运行时遍历字符串中的字符，直到遇到空字符(‘\0’)为止，计算字符的个数。

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sizeof运算符和strlen函数和差别

1. sizeof 是一个运算符，可以用于获取任何数据类型或变量的大小，包括基本类型、自定义类型和数组。它在编译时计算，不需要访问实际的数据。

2. strlen 是一个库函数，专门用于处理以空字符结尾的字符数组（字符串）。它在运行时遍历字符数组，直到遇到空字符，计算字符的个数。

3. sizeof 返回的是数据类型或变量所占用的字节数，而 strlen 返回的是字符串的长度，即字符的个数。

4. sizeof 可以用于静态分配和动态分配的数据，而 strlen 只能用于以空字符结尾的字符数组。

5. sizeof 的结果是在编译时确定的，而 strlen 的结果是在运行时确定的。

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总结：sizeof 和 strlen 在C语言中都有重要的用途。sizeof 用于获取数据类型或变量的大小，而 strlen 用于获取字符串的长度。它们之间的主要差别在于计算时机、适用范围和返回值类型。