函數指針的基本概念和語法

函數指針是一種非常強大的編程工具，它可以讓我們以更加靈活的方式編寫程序。在本文中，我們將介紹 6 個函數指針的高級應用場景，并貼出相應的代碼案例和解釋。

回調函數

回調函數是指在某個事件發(fā)生時被調用的函數。通常，回調函數是在某個庫函數或框架函數中注冊的，當某個條件滿足時，庫函數或框架函數會調用回調函數來執(zhí)行相應的操作。以下是一個示例：

voidhandle_event(intevent_type,void(*callback)(void))
{
    printf("event %d occurred
", event_type);


    if (callback)
    {
        callback();
    }
}




void callback_function()
{
    printf("callback function called
");
}




int main()
{
    handle_event(1, callback_function);
    handle_event(2, NULL);
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們定義了一個 handle_event 函數，它接受兩個參數：一個事件類型和一個函數指針。如果函數指針不為空，則會調用指定的函數。

在 main 函數中，我們分別調用 handle_event 函數來觸發(fā)兩個事件，其中第一個事件注冊了一個回調函數 callback_function，第二個事件沒有注冊回調函數。

函數參數化

函數參數化是指通過函數指針將函數的某些行為參數化。這樣，我們可以在調用函數時動態(tài)地指定函數的行為。以下是一個示例：

voidprocess_array(int*array,size_tsize,int(*process)(int))
{
    for (size_t i = 0; i < size; i++)
    {
        array[i] = process(array[i]);
    }
}


int increment(int n)
{
    return n + 1;
}


int main()
{
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    size_t size = sizeof(array) / sizeof(int);
    process_array(array, size, increment);
    for (size_t i = 0; i < size; i++)
    {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("
");
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們定義了一個 process_array 函數，它接受三個參數：一個整型數組、數組大小和一個函數指針。函數指針指向一個函數，該函數接受一個整型參數并返回一個整型結果。

學習單片機編程，重在動手，給大家推薦郭天祥老師的《新概念51單片機C語言教程》，有視頻講解、有例程代碼，鏈接如下：

在 process_array 函數中，我們將數組中的每個元素傳遞給指定的函數，然后將函數的返回值存儲回原數組中。

在 main 函數中，我們定義了一個 increment 函數，它將傳入的整數加 1。然后，我們調用 process_array 函數來處理整型數組，并打印出結果。

排序算法

排序算法是函數指針的另一個常見應用場景。通過傳遞不同的比較函數，我們可以在不同的排序算法中重用相同的代碼。以下是一個示例：

typedef int (*compare_func_t)(const void *, const void *);


void sort(int *array, size_t size, compare_func_t compare_func)
{
    qsort(array, size, sizeof(int), compare_func);
}


int compare_int(const void *a, const void *b)
{
    return (*(int*)a - *(int*)b);
}


int compare_reverse_int(const void *a, const void *b)
{
    return (*(int*)b - *(int*)a);
}


int main()
{
    int array[] = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    size_t size = sizeof(array) / sizeof(int);
    sort(array, size, compare_int);
    for (size_t i = 0; i < size; i++)
    {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("
");
    sort(array, size, compare_reverse_int);
    for (size_t i = 0; i < size; i++)
    {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("
");
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們定義了一個 sort 函數，它接受三個參數：一個整型數組、數組大小和一個比較函數指針。

比較函數指針指向一個函數，該函數接受兩個指向常量 void 類型的指針，并返回一個整型結果。

在 sort 函數中，我們使用標準庫函數 qsort 來對整型數組進行排序，其中比較函數指針由調用者傳遞。

在 main 函數中，我們定義了兩個比較函數 compare_int 和 compare_reverse_int，分別用于升序和降序排序。然后，我們調用 sort 函數來對整型數組進行排序，并打印出結果。

函數指針數組

函數指針數組是指一個數組，其中的每個元素都是一個函數指針。這種數組可以用于實現一個分派表，根據輸入參數的不同，動態(tài)地調用不同的函數。以下是一個示例：

void add(int a, int b)
{
    printf("%d + %d = %d
", a, b, a + b);
}


void subtract(int a, int b)
{
    printf("%d - %d = %d
", a, b, a - b);
}


void multiply(int a, int b)
{
    printf("%d * %d = %d
", a, b, a * b);
}


void divide(int a, int b)
{
    if (b == 0)
    {
        printf("cannot divide by zero
");
    }
    else
    {
        printf("%d / %d = %d
", a, b, a / b);
    }
}


typedef void (*operation_func_t)(int, int);


int main()
{
    operation_func_t operations[] = {add, subtract, multiply, divide};
    size_t num_operations = sizeof(operations) / sizeof(operation_func_t);
    int a = 10, b = 5;
    for (size_t i = 0; i < num_operations;i++)
    {
      operations[i](a,b);
    }
    return 0;
}

在上面的代碼中，我們定義了四個函數 add、subtract、multiply 和 divide，分別對兩個整數進行加、減、乘和除操作。

然后，我們定義了一個函數指針類型 operation_func_t，它指向一個接受兩個整型參數并沒有返回值的函數。

接著，我們定義了一個函數指針數組 operations，其中的每個元素都是一個 operation_func_t 類型的函數指針，分別指向 add、subtract、multiply 和 divide 函數。

在 main 函數中，我們使用 for 循環(huán)遍歷 operations 數組，并依次調用每個函數指針所指向的函數。在每次調用函數之前，我們可以根據需要設置 a 和 b 的值。這樣，我們就可以動態(tài)地選擇要執(zhí)行的操作。

函數指針與回溯法

回溯法是一種求解一些組合優(yōu)化問題的算法，它通常使用遞歸來實現。函數指針可以用于實現回溯法算法的一些關鍵部分。

以下是一個使用回溯法來計算排列的示例：

typedef void (*callback_func_t)(const int *, size_t);


void swap(int *a, int *b)
{
    int tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}


void permute(int *nums, size_t len, size_t depth, callback_func_t callback) {
    if (depth == len)
    {
        callback(nums, len);
        return;
    }
    for (size_t i = depth; i < len; i++)
    {
        swap(&nums[depth], &nums[i]);
        permute(nums, len, depth + 1, callback);
        swap(&nums[depth], &nums[i]);
    }
}


void print_array(const int *arr, size_t len)
{
    for (size_t i = 0; i < len; i++) 
    { 
      printf("%d ", arr[i]); }
      printf("
"); 
  }
}


int main()
{
  int nums[] = {1, 2, 3};
  permute(nums, sizeof(nums) / sizeof(int), 0, print_array); 
  return 0;
}

在上面的代碼中，我們定義了一個函數 permute，用于計算給定數組的排列。

在 permute 函數中，我們使用遞歸來生成所有可能的排列，并使用函數指針 callback 來指定每當我們生成一個排列時應該調用的函數。

在本例中，我們將 print_array 函數作為回調函數傳遞給了 permute 函數。這意味著每當 permute 函數生成一個排列時，它都會調用 print_array 函數來打印這個排列。

在 main 函數中，我們定義了一個包含三個整數的數組 nums，并使用 permute 函數來計算這個數組的所有排列。在每次生成一個排列時，permute 函數都會調用 print_array 函數來打印這個排列。

函數指針與多態(tài)

多態(tài)是面向對象編程中的一個重要概念，它允許我們在不知道對象類型的情況下調用相應的函數。雖然 C 語言不是面向對象編程語言，但我們仍然可以使用函數指針來實現多態(tài)。

以下是一個使用函數指針實現多態(tài)的示例：

typedef struct shape
{
    void (*draw)(struct shape *);
} shape_t;


typedef struct circle
{
    shape_t shape;
    int x;
    int y;
    int r;
} circle_t;


typedef struct rectangle
{
    shape_t shape;
    int x;
    int y;
    int w;
    int h;
} rectangle_t;


void circle_draw(shape_t *shape)
{
    circle_t *circle = (circle_t *)shape;
    printf("Drawing a circle at (%d, %d) with radius %d.
", circle->x, circle->y, circle->r);
}


void rectangle_draw(shape_t *shape)
{
    rectangle_t *rectangle = (rectangle_t *)shape;
    printf("Drawing a rectangle at (%d, %d) with width %d and height %d.
", rectangle->x, rectangle->y, rectangle->w, rectangle->h);
}


int main()
{
    circle_t circle =
    {
        .shape = {circle_draw},
        .x = 10,
        .y = 20,
        .r = 5,
    };
    rectangle_t rectangle =
    {
        .shape = {rectangle_draw},
        .x = 30,
        .y = 40,
        .w = 15,
        .h = 20,
    };
    shape_t *shapes[] = {(shape_t *)&circle, (shape_t *)&rectangle};
    for (size_t i = 0; i < sizeof(shapes) / sizeof(shape_t *); i++)
    {
        shapes[i]->draw(shapes[i]); 
     }
     return 0;
  }

在上面的代碼中，我們定義了一個 shape 結構體，它有一個函數指針 draw，用于繪制該形狀。

我們還定義了兩個形狀：circle 和 rectangle，它們分別包含它們自己的屬性和一個指向 shape 結構體的指針。每個形狀都定義了自己的 draw 函數，用于繪制該形狀。

在 main 函數中，我們定義了一個 shape_t 類型的數組，其中包含一個 circle 和一個 rectangle。我們使用一個循環(huán)來遍歷這個數組，并使用每個形狀的 draw 函數來繪制該形狀。

注意，盡管 shapes 數組中的元素類型為 shape_t *，但我們仍然可以調用每個元素的 draw 函數，因為 circle 和 rectangle 都是從 shape_t 派生出來的，它們都包含一個 draw 函數指針。

這個例子演示了如何使用函數指針來實現多態(tài)。盡管 C 語言不支持面向對象編程，但我們可以使用結構體和函數指針來實現類似的概念。

總結

函數指針是一種強大的工具，可以用于實現許多不同的編程模式和算法。

在本文中，我們介紹了函數指針的基本概念和語法，并提供了一些高級應用場景的代碼示例，包括回調函數、函數指針數組、函數指針作為參數、函數指針與遞歸、函數指針與多態(tài)等。

使用函數指針可以幫助我們編寫更加靈活和通用的代碼，并提高代碼的可重用性和可擴展性。