周立功手把手教你學(xué)嵌入式編程：函數(shù)指針與指針函數(shù)的應(yīng)用

>>>>2.1函數(shù)指針與指針函數(shù)

>>>2.1.1函數(shù)指針

變量的指針指向的是一塊數(shù)據(jù)，指針指向不同的變量，則取到的是不同的數(shù)據(jù)。而經(jīng)過(guò)編譯后的函數(shù)都是一段代碼，系統(tǒng)隨即為相應(yīng)的代碼分配一段存儲(chǔ)空間，而存儲(chǔ)這段代碼的起始地址（又稱為入口地址）就是這個(gè)函數(shù)的指針，即跳轉(zhuǎn)到某一個(gè)地址單元的代碼處去執(zhí)行。函數(shù)指針指向的是一段代碼（即函數(shù)），指針指向不同的函數(shù)，則具有不同的行為。

因?yàn)楹瘮?shù)名是一個(gè)常量地址，所以只要將函數(shù)的地址賦給函數(shù)指針即可調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。如同數(shù)組名一樣，我們用的是函數(shù)本身的名字，它會(huì)返回函數(shù)的地址。當(dāng)一個(gè)函數(shù)名出現(xiàn)在表達(dá)式中時(shí)，編譯器就會(huì)將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)指針，即類(lèi)似于數(shù)組變量名的行為，隱式地取出了它的地址。即函數(shù)名直接對(duì)應(yīng)于函數(shù)生成的指令代碼在內(nèi)存中的地址，因此函數(shù)名可以直接賦值給指向函數(shù)的指針。既然函數(shù)指針的值可以改變，那么就可以使用同一個(gè)函數(shù)指針指向不同的函數(shù)。如果有以下定義：

C語(yǔ)言的發(fā)明者K&R是這樣解釋的，“因?yàn)?是前置運(yùn)算符，它的優(yōu)先級(jí)低于()，為了讓連接正確地進(jìn)行，有必要加上括號(hào)?！边@未免有些牽強(qiáng)附會(huì)了，解釋來(lái)解釋去反而將人搞暈了。因?yàn)槁暶髦械?、()、[]都不是運(yùn)算符，而運(yùn)算符的優(yōu)先順序在語(yǔ)法規(guī)則中是在其它地方定義的。其詳解如下：

即pf是一個(gè)指向返回int的函數(shù)的指針，它所指向的函數(shù)接受一個(gè)int類(lèi)型的參數(shù)。 “int (*)(int)”類(lèi)型名被解釋為指向返回int函數(shù)（參數(shù)為int）的指針類(lèi)型。如果在該定義前添加typedef，比如：

未添加typedef前，pf是一個(gè)函數(shù)指針變量；而添加typedef后，pf就變成了函數(shù)指針類(lèi)型，習(xí)慣的寫(xiě)法是類(lèi)型名pf大寫(xiě)為PF。比如：

與其它類(lèi)型的聲明不同，函數(shù)指針的聲明要求使用typedef關(guān)鍵字。另外，函數(shù)指針的聲明與函數(shù)原型的唯一不同是函數(shù)名用(*PF)代替了，“*”在此處表示“指向類(lèi)型名為PF的函數(shù)”。顯然，有了PF類(lèi)型即可定義函數(shù)指針變量pf1、pf2。比如：

雖然此聲明等價(jià)于：

但這種寫(xiě)法更難理解。既然函數(shù)指針變量是一個(gè)變量，那么它的值就是可以改變的，因此可以使用同一個(gè)函數(shù)指針變量指向不同的函數(shù)。使用函數(shù)指針必須完成以下工作：

●獲取函數(shù)的地址，比如，pf = add，pf = sub；

●聲明一個(gè)函數(shù)指針，比如，“int (*pf)(int, int);”；

●使用函數(shù)指針來(lái)調(diào)用函數(shù)，比如，pf(5, 8)，(*pf)(5, 8)。為何pf與(*pf)等價(jià)呢？

●一種說(shuō)法是，由于pf是函數(shù)指針，假設(shè)pf指向add()函數(shù)，則*pf就是函數(shù)add，因此使用(*pf)()調(diào)用函數(shù)。雖然這種格式不好看，但它給出了強(qiáng)有力的提示——代碼正在使用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。

●另一種說(shuō)法是，由于函數(shù)名是指向函數(shù)的指針，那么指向函數(shù)的指針的行為應(yīng)該與函數(shù)名相似，因此使用pf()調(diào)用函數(shù)。因?yàn)檫@種調(diào)用方式既簡(jiǎn)單又優(yōu)雅，所以人們更愿意選擇——說(shuō)明人類(lèi)追隨美好感受的內(nèi)心是無(wú)法抗拒的。

雖然它們?cè)谶壿嬌匣ハ鄾_突，但不同的流派有不同的觀點(diǎn)，且容忍邏輯上無(wú)法自圓其說(shuō)的觀點(diǎn)，正是人類(lèi)思維活動(dòng)的特點(diǎn)。

在一個(gè)袖珍計(jì)算器中，經(jīng)常需要用到加減乘除開(kāi)方等各種各樣的計(jì)算，雖然其調(diào)用方法都是一樣，但在運(yùn)行中需要根據(jù)具體情況決定選擇調(diào)用支持某一算法的函數(shù)。如果使用如圖 2.1（a）所示的直接調(diào)用方式，則勢(shì)必形成了依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)，策略會(huì)受到細(xì)節(jié)改變的影響，當(dāng)使用如圖 2.1（b）所示的函數(shù)指針接口倒置（或反轉(zhuǎn)）了這種依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)時(shí)，則使得細(xì)節(jié)和策略都依賴于函數(shù)指針接口，斷開(kāi)了不想要的直接依賴。

當(dāng)將直接訪問(wèn)抽象成函數(shù)指針倒置（或反轉(zhuǎn)）了依賴的關(guān)系時(shí)，高層模塊不再依賴于低層模塊。高層模塊依賴于抽象，即一個(gè)函數(shù)指針形式的接口，同時(shí)細(xì)節(jié)也依賴于抽象，pf()實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口，即兩者都依賴于函數(shù)指針接口。在C語(yǔ)言中，通常用函數(shù)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)DIP（倒置依賴關(guān)系），斷開(kāi)不想要的直接依賴。既可以通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用服務(wù)（被調(diào)用代碼），服務(wù)也可以通過(guò)函數(shù)指針回調(diào)用戶函數(shù)。都是一樣，但在運(yùn)行中需要根據(jù)具體情況決定選擇調(diào)用支持某一算法的函數(shù)。如果使用如圖 2.1（a）所示的直接調(diào)用方式，則勢(shì)必形成了依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)，策略會(huì)受到細(xì)節(jié)改變的影響，當(dāng)使用如圖 2.1（b）所示的函數(shù)指針接口倒置（或反轉(zhuǎn)）了這種依賴關(guān)系結(jié)構(gòu)時(shí)，則使得細(xì)節(jié)和策略都依賴于函數(shù)指針接口，斷開(kāi)了不想要的直接依賴。

圖 2.1 使用函數(shù)指針倒置依賴關(guān)系

函數(shù)指針是程序員經(jīng)常忽視的一個(gè)強(qiáng)大的語(yǔ)言能力，不僅使代碼更靈活可測(cè)，而且對(duì)消除重復(fù)條件邏輯有很大的幫助，同時(shí)還可以使調(diào)用者免于在編譯時(shí)或鏈接時(shí)依賴于某個(gè)特定的函數(shù)，其極大地好處是減少了C語(yǔ)言模塊之間的耦合。但函數(shù)指針的使用是有條件的，如果主調(diào)函數(shù)與被調(diào)函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生改變，則采用直接調(diào)用方式是最簡(jiǎn)單的，在這種情況下，模塊之間耦合是合理的，不僅代碼簡(jiǎn)單直截了當(dāng)，而且開(kāi)銷(xiāo)也是最小的。如果需要在運(yùn)行時(shí)使用一個(gè)或多個(gè)函數(shù)指針調(diào)用某一函數(shù)，則使用函數(shù)指針是最佳的選擇，通常將其稱之為動(dòng)態(tài)接口，其范例程序詳見(jiàn)程序清單 2.1。

程序清單2.1通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)范例程序（1）

由于任何數(shù)據(jù)類(lèi)型的指針都可以給void指針變量賦值，且函數(shù)指針的本質(zhì)就是一個(gè)地址，因此可以利用這一特性，將pf定義為一個(gè)void *類(lèi)型指針，那么任何指針都可以賦值給void *類(lèi)型指針變量。其調(diào)用方式如下：

在函數(shù)指針的使用過(guò)程中，指針的值表示程序?qū)⒁D(zhuǎn)的地址，指針的類(lèi)型表示程序的調(diào)用方式。在使用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)時(shí)，務(wù)必保證調(diào)用的函數(shù)類(lèi)型與指向的函數(shù)類(lèi)型完全相同，所以必須將void *類(lèi)型轉(zhuǎn)換為((int (*)(int, int)) pf)來(lái)使用，其類(lèi)型為“int (*)(int, int)”。

>>>2.1.2指針函數(shù)

實(shí)際上，指針變量的用途非常廣泛，指針不僅可以作為函數(shù)的參數(shù)，而且指針還可以作為函數(shù)的返回值。當(dāng)函數(shù)的返回值是指針時(shí)，則這個(gè)函數(shù)就是指針函數(shù)。當(dāng)給定指向兩個(gè)整數(shù)的指針時(shí)，如程序清單 2.2所示的函數(shù)返回指向兩個(gè)整數(shù)中較大數(shù)的指針。當(dāng)調(diào)用max時(shí)，用指向兩個(gè)int類(lèi)型變量的指針作為參數(shù)，且將結(jié)果存儲(chǔ)在一個(gè)指針變量中，其中，max函數(shù)返回的指針是作為實(shí)參傳入的兩個(gè)指針的一個(gè)。

程序清單2.2求最大值函數(shù)（指針作為函數(shù)的返回值）

當(dāng)然，函數(shù)也可以返回字符串，它返回的實(shí)際是字符串的地址，但一定要注意如何返回合法的地址。既可以返回是靜態(tài)的字符串地址，也可以在堆上分配字符串的內(nèi)存，然后返回其地址。注意，不要返回局部字符串的地址，因?yàn)閮?nèi)存有可能被別的棧幀覆寫(xiě)。

下面我們?cè)賮?lái)看一看，指針函數(shù)與函數(shù)指針變量有什么區(qū)別？如果有以下定義：

雖然兩者之間只差一個(gè)括號(hào)，但表示的意義卻截然不同。函數(shù)指針變量的本質(zhì)是一個(gè)指針變量，其指向的是一個(gè)函數(shù)；指針函數(shù)的本質(zhì)是一個(gè)函數(shù)，即將pf聲明為一個(gè)函數(shù)，它接受2個(gè)參數(shù)，其中一個(gè)是int *，另一個(gè)是int，其返回值是一個(gè)int類(lèi)型的指針。

在指針函數(shù)中，還有一類(lèi)這樣的函數(shù)，其返回值是指向函數(shù)的指針。對(duì)于初學(xué)者，別說(shuō)寫(xiě)出這樣的函數(shù)聲明，就是看到這樣的寫(xiě)法也是一頭霧水。比如,下面這樣的語(yǔ)句：

這種寫(xiě)法確實(shí)讓人非常難懂，以至于一些初學(xué)者產(chǎn)生誤解，認(rèn)為寫(xiě)出別人看不懂的代碼才能顯示自己水平高。而事實(shí)上恰好相反，能否寫(xiě)出通俗易懂的代碼是衡量程序員是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)使用typedef后，則PF就成為了一個(gè)函數(shù)指針類(lèi)型。即：

有了這個(gè)類(lèi)型，那么上述函數(shù)的聲明就變得簡(jiǎn)單多了。即：

下面將以程序清單 2.3為例，說(shuō)明用函數(shù)指針作為函數(shù)返回值的用法。當(dāng)用戶分別輸入d、x和p時(shí)，求數(shù)組的最大值、最小值和平均值。

程序清單2.3求最值與平均值范例程序

前4個(gè)函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)了求最大值、最小值、平均值和未知算法，getOperation()根據(jù)輸入字符得到的返回值是以函數(shù)指針的形式返回的，從pf(dbData, iSize)可以看出是通過(guò)這個(gè)指針調(diào)用函數(shù)的。注意，指針函數(shù)可以返回新的內(nèi)存地址、全局變量的地址和靜態(tài)變量的地址，但不能返回局部變量的地址，因?yàn)楹瘮?shù)結(jié)束后，在函數(shù)內(nèi)部的聲明的局部變量的聲明周期已經(jīng)結(jié)束，內(nèi)存將自動(dòng)放棄。顯然，在主調(diào)函數(shù)中訪問(wèn)這個(gè)指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)，將會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。

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