【C语言 必知必会】指针、函数指针和回调函数

指针、函数指针和回调函数

１.1 什么是指针

我们都知道, 指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。

１.2 如何使用指针？

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。

前面对指针进行了大概介绍，这篇对其扩展．

１.3 NULL 指针

在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。

NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。请看下面的程序：

#include 
 
int main ()
{
   int  *ptr = NULL;
 
   printf("ptr 的地址是 %p\n", ptr  );
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

ptr 的地址是 0x0

在大多数的操作系统上，程序不允许访问地址为 0 的内存，因为该内存是操作系统保留的。然而，内存地址 0 有特别重要的意义，它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空值（零值），则假定它不指向任何东西。

1.4 指针的算术运算

1.4.1 递增一个指针

我们喜欢在程序中使用指针代替数组，因为变量指针可以递增，而数组不能递增，数组可以看成一个指针常量。下面的程序递增变量指针，以便顺序访问数组中的每一个元素：

#include 
 
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;
 
   /* 指针中的数组地址 */
   ptr = var;
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {
 
      printf("存储地址：var[%d] = %p\n", i, ptr );
      printf("存储值：var[%d] = %d\n", i, *ptr );
 
      /* 指向下一个位置 */
      ptr++;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

存储地址：var[0] = e4a298cc
存储值：var[0] = 10
存储地址：var[1] = e4a298d0
存储值：var[1] = 100
存储地址：var[2] = e4a298d4
存储值：var[2] = 200

1.4.2 递减一个指针

同样地，对指针进行递减运算，即把值减去其数据类型的字节数，如下所示：

#include 
 
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;
 
   /* 指针中最后一个元素的地址 */
   ptr = &var[MAX-1];
   for ( i = MAX; i > 0; i--)
   {
 
      printf("存储地址：var[%d] = %p\n", i-1, ptr );
      printf("存储值：var[%d] = %d\n", i-1, *ptr );
 
      /* 指向下一个位置 */
      ptr--;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

存储地址：var[2] = 518a0ae4
存储值：var[2] = 200
存储地址：var[1] = 518a0ae0
存储值：var[1] = 100
存储地址：var[0] = 518a0adc
存储值：var[0] = 10

1.4.3 指针的比较

指针可以用关系运算符进行比较，如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量，比如同一个数组中的不同元素，则可对 p1 和 p2 进行大小比较。

下面的程序修改了上面的实例，只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1]，则把变量指针进行递增：

#include 
 
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;
 
   /* 指针中第一个元素的地址 */
   ptr = var;
   i = 0;
   while ( ptr <= &var[MAX - 1] )
   {
 
      printf("存储地址：var[%d] = %p\n", i, ptr );
      printf("存储值：var[%d] = %d\n", i, *ptr );
 
      /* 指向上一个位置 */
      ptr++;
      i++;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

存储地址：var[0] = 0x7ffeee2368cc
存储值：var[0] = 10
存储地址：var[1] = 0x7ffeee2368d0
存储值：var[1] = 100
存储地址：var[2] = 0x7ffeee2368d4
存储值：var[2] = 200

1.5 指针数组

前面我们知道数组不能递增递减的时候，我们使用指针来完成，这节我们看指针数组怎么实现的。

在我们讲解的指针数组之前，先让我们来看一个实例，它用到了一个由 3 个整数组成的数组：

#include 
 
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int i;
 
   for (i = 0; i < MAX; i++)
   {
      printf("Value of var[%d] = %d\n", i, var[i] );
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of var[0] = 10
Value of var[1] = 100
Value of var[2] = 200

可能有一种情况，我们想要让数组存储指向 int 或 char 或其他数据类型的指针。下面是一个指向整数的指针数组的声明：

int *ptr[MAX];

在这里，把 ptr 声明为一个数组，由 MAX 个整数指针组成。因此，ptr 中的每个元素，都是一个指向 int 值的指针。下面的实例用到了三个整数，它们将存储在一个指针数组中，如下所示

#include 
 
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int i, *ptr[MAX];
 
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {
      ptr[i] = &var[i]; /* 赋值为整数的地址 */
   }
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {
      printf("Value of var[%d] = %d\n", i, *ptr[i] );
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of var[0] = 10
Value of var[1] = 100
Value of var[2] = 200

也可以用一个指向字符的指针数组来存储一个字符串列表，如下：

#include 
 
const int MAX = 4;
 
int main ()
{
   const char *names[] = {
                   "Zara Ali",
                   "Hina Ali",
                   "Nuha Ali",
                   "Sara Ali",
   };
   int i = 0;
 
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {
      printf("Value of names[%d] = %s\n", i, names[i] );
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of names[0] = Zara Ali
Value of names[1] = Hina Ali
Value of names[2] = Nuha Ali
Value of names[3] = Sara Ali

1.6 指向指针的指针

指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式，或者说是一个指针链。通常，一个指针包含一个变量的地址。当我们定义一个指向指针的指针时，第一个指针包含了第二个指针的地址，第二个指针指向包含实际值的位置。

一个指向指针的指针变量必须如下声明，即在变量名前放置两个星号。例如，下面声明了一个指向 int 类型指针的指针：

int **var;

#include 
 
int main ()
{
   int  V;
   int  *Pt1;
   int  **Pt2;
 
   V = 100;
 
   /* 获取 V 的地址 */
   Pt1 = &V;
 
   /* 使用运算符 & 获取 Pt1 的地址 */
   Pt2 = &Pt1;
 
   /* 使用 pptr 获取值 */
   printf("var = %d\n", V );
   printf("Pt1 = %p\n", Pt1 );
   printf("*Pt1 = %d\n", *Pt1 );
    printf("Pt2 = %p\n", Pt2 );
   printf("**Pt2 = %d\n", **Pt2);
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

var = 100
Pt1 = 0x7ffee2d5e8d8
*Pt1 = 100
Pt2 = 0x7ffee2d5e8d0
**Pt2 = 100

1.7 传递指针给函数

C 语言允许您传递指针给函数，只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。

下面的实例中，我们传递一个无符号的 long 型指针给函数，并在函数内改变这个值：

#include 
#include 
 
void getSeconds(unsigned long *par);

int main ()
{
   unsigned long sec;


   getSeconds( &sec );

   /* 输出实际值 */
   printf("Number of seconds: %ld\n", sec );

   return 0;
}

void getSeconds(unsigned long *par)
{
   /* 获取当前的秒数 */
   *par = time( NULL );
   return;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Number of seconds :1294450468

能接受指针作为参数的函数，也能接受数组作为参数，如下所示：

#include 
 
/* 函数声明 */
double getAverage(int *arr, int size);
 
int main ()
{
   /* 带有 5 个元素的整型数组  */
   int balance[5] = {1000, 2, 3, 17, 50};
   double avg;
 
   /* 传递一个指向数组的指针作为参数 */
   avg = getAverage( balance, 5 ) ;
 
   /* 输出返回值  */
   printf("Average value is: %f\n", avg );
   
   return 0;
}

double getAverage(int *arr, int size)
{
  int    i, sum = 0;      
  double avg;          
 
  for (i = 0; i < size; ++i)
  {
    sum += arr[i];
  }
 
  avg = (double)sum / size;
 
  return avg;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Average value is: 214.40000

1.8 函数指针

函数指针是指向函数的指针变量。

通常我们说的指针变量是指向一个整型、字符型或数组等变量，而函数指针是指向函数。

函数指针可以像一般函数一样，用于调用函数、传递参数。

函数指针变量的声明：

int (*fun_ptr)(int,int); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型

以下实例声明了函数指针变量 p，指向函数 max：

#include 
 
int max(int x, int y)
{
    return x > y ? x : y;
}
 
int main(void)
{
    /* 声明 p 是函数指针  */
    int (* p)(int, int) =  max; // max前，省略了&，也可以写上
    int a, b, c, d;
 
    printf("请输入三个数字:");
    scanf("%d %d %d", & a, & b, & c);
 
    /* 与直接调用函数等价，d = max(max(a, b), c) */
    d = p(p(a, b), c); 
 
    printf("最大的数字是: %d\n", d);
 
    return 0;
}

编译执行，输出结果如下：

请输入三个数字:1 2 3
最大的数字是: 3

---

1.9 回调函数

函数指针作为某个函数的参数

函数指针变量可以作为某个函数的参数来使用的，回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。

简单讲：回调函数是由别人的函数执行时调用你实现的函数。

实例中 populate_array 函数定义了三个参数，其中第三个参数是函数的指针，通过该函数来设置数组的值。

实例中我们定义了回调函数 getNextRandomValue，它返回一个随机值，它作为一个函数指针传递给 populate_array 函数。

populate_array 将调用 10 次回调函数，并将回调函数的返回值赋值给数组。

#include   
#include 
 
// 
void populate_array(int *array, size_t arraySize, int (*getNextValue)(void))
{
    for (size_t i=0; i<arraySize; i++)
        array[i] = getNextValue();
}
 
// 回调函数　获取随机值
int getNextRandomValue(void)
{
    return rand();
}
 
int main(void)
{
    int myarray[10];
    /* getNextRandomValue 不能加括号，否则无法编译，因为加上括号之后相当于传入此参数时传入了 int , 而不是函数指针*/
    populate_array(myarray, 10, getNextRandomValue);
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d ", myarray[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

输出如下：

16807 282475249 1622650073 984943658 1144108930 470211272 101027544 1457850878 1458777923 2007237709

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敲重点！菜鸡Ai微信交流群成立

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