C语言基础：二级指针和函数指针

1 二级指针

在 C 语言中，二级指针（Double Pointer）是指向指针的指针。二级指针在处理复杂数据结构、动态内存分配和函数参数传递等场景中非常有用。理解二级指针的概念和用法可以帮助处理更复杂的数据结构和内存管理任务。

1.1 定义二级指针

二级指针是指向指针变量的指针。可以用两个星号 ** 来声明一个二级指针变量。

int **pp;

上述代码定义了一个 pp，它是一个二级指针，指向一个指向 int 类型的指针。

1.2 二级指针的应用场景

1. 动态内存分配：二级指针常用于动态分配多维数组的内存空间。

int **matrix;
matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
for (int i = 0; i < rows; i++) 
    matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));

上述代码中，matrix 是一个二级指针，用于动态分配二维数组的内存空间。

2. 函数参数传递：使用二级指针可以修改函数外部的指针变量，从而实现对指针的间接操作。

void allocateMemory(int **ptr) 
{
    *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    **ptr = 10;
}

int main() 
{
    int *p = NULL;
    allocateMemory(&p);
    printf("Value: %d\n", *p);  // 输出 10
    free(p);  // 释放内存
    return 0;
}

在上述示例中，allocateMemory 函数接收一个二级指针 ptr，并分配了内存给 ptr 指向的指针变量，然后通过 **ptr 来修改所指向的值。

1.3 注意事项

在使用二级指针时，需要注意以下事项：

• 空指针检查：对于二级指针，要确保传递给它的指针变量是有效的，避免空指针引起的未定义行为。
• 内存释放：动态分配的内存需要在不再需要时进行释放，防止内存泄漏。
• 指针的级数：二级指针可以用于处理更复杂的数据结构，但过多的指针级数可能会增加代码的复杂性，需要谨慎设计和使用。

2 函数指针

在 C 语言中，函数指针（Function Pointer）是指向函数的指针，它可以存储和调用特定类型的函数。函数指针提供了一种灵活的方式来动态选择和调用函数，特别适用于实现回调函数、实现多态性等场景。理解和使用函数指针可以提高代码的灵活性和可扩展性。

2.1 定义和声明函数指针

要定义函数指针，首先需要知道函数的类型签名（函数原型）。函数指针的声明形式为：

return_type (*ptr_name)(param_list)

其中：

• return_type 是函数返回类型；
• ptr_name 是指针变量的名称；
• param_list 是函数参数列表。
  例如，声明一个指向返回 int 类型、带有两个 int 类型参数的函数指针：

int (*funcPtr)(int, int);

这里 funcPtr 是一个函数指针，可以指向返回 int 类型、带有两个 int 类型参数的函数。

2.2 初始化和赋值函数指针

可以将函数的地址赋值给函数指针，使函数指针指向特定的函数。例如：

int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() 
{
    int (*funcPtr)(int, int);  // 声明函数指针
    funcPtr = sum;             // 将函数 sum 的地址赋给 funcPtr

    int result = funcPtr(10, 20);  // 通过函数指针调用 sum 函数
    printf("Result: %d\n", result);  // 输出结果：30

    return 0;
}

在上面的示例中，funcPtr 被赋值为 sum 函数的地址，然后可以通过 funcPtr 调用 sum 函数。

2.3 使用函数指针

函数指针常用于以下情况：

• 回调函数：将函数指针作为参数传递给其他函数，以便在特定条件下调用传递的函数。
• 动态函数调用：根据条件动态选择和调用不同的函数。
• 实现多态性：通过函数指针实现类似于面向对象编程中的虚函数的概念，实现不同子类的相同接口。

2.4 函数指针作为回调函数示例

以下是一个简单的示例，演示如何将函数指针作为回调函数传递给另一个函数：

#include 

// 回调函数原型，用于处理数组中的每个元素
void processArray(int arr[], int size, void (*callback)(int)) 
{
    for (int i = 0; i < size; i++) 
        callback(arr[i]);  // 调用回调函数处理每个元素
}

// 回调函数，打印每个元素的平方值
void printSquare(int num) 
{
    printf("%d ", num * num);
}

int main() 
{
    int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

    // 将函数指针 printSquare 作为回调函数传递给 processArray
    processArray(numbers, size, printSquare);
    
    printf("\n");

    return 0;
}

在上面的示例中，processArray 函数接收一个整数数组、数组大小和一个函数指针作为回调函数。printSquare 函数作为回调函数传递给 processArray，用于处理数组中的每个元素（计算平方并打印）。通过函数指针的灵活使用，可以实现通用的处理框架并在运行时动态指定具体的处理逻辑。

2.5 注意事项

使用函数指针时需要注意以下事项：

• 函数签名匹配：确保函数指针的类型与目标函数的类型匹配，包括返回类型和参数列表。
• 空指针检查：在使用函数指针之前，始终检查函数指针是否为 NULL，以避免空指针引起的未定义行为。
• 函数指针的灵活性：函数指针提供了一种灵活的机制，但也增加了代码的复杂性，因此需要谨慎使用并确保代码易于理解和维护。