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函数指针与指针函数

news 2025/6/29 7:59:45

一、引言

在C语言中，函数指针和指针函数是两个容易混淆但本质完全不同的概念。它们的语法相似，但用途和实现机制截然不同。本文将通过定义解析、代码示例、应用场景和对比总结，帮助你彻底理解这两者的区别与核心用法。

二、函数指针详解

1.什么是函数指针？

函数指针是指向函数的指针变量。它存储的是函数的入口地址，通过该指针可以间接调用函数。

语法声明

返回值类型 (*指针变量名)(参数列表);

示例：int (*funcPtr)(int, int);
funcPtr 是一个指向函数的指针，该函数接受两个 int 参数并返回 int 类型。

赋值与调用

// 定义一个普通函数
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int (*funcPtr)(int, int) = add;  // 将函数地址赋给指针int result = funcPtr(3, 4);      // 通过指针调用函数printf("Result: %d\n", result);  // 输出 7return 0;
}

2.内存图解：

#include <stdio.h>// 定义函数原型
int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }int main() {// 声明函数指针：返回int, 参数两个intint (*operation)(int, int); operation = &add; // 指向add函数printf("10 + 5 = %d\n", operation(10, 5)); // 输出: 15operation = sub;  // &可省略，函数名即地址printf("10 - 5 = %d\n", operation(10, 5)); // 输出: 5return 0;
}

代码区内存布局：
+----------------------+
|  add函数机器指令     | 地址: 0x4000
+----------------------+
|  sub函数机器指令     | 地址: 0x5000
+----------------------+栈内存：
+----------------------+
| main::operation      |
| [指针变量]           |
| 当前值: 0x4000       | → 指向add函数
+----------------------+

3.函数指针的应用场景

⑴.回调函数（Callback Functions）

回调函数是通过函数指针传递给其他函数的函数，常用于事件驱动编程。

#include <stdio.h>// 回调函数类型
typedef int (*Callback)(int, int);// 计算器函数，接受回调函数作为参数
int calculate(int a, int b, Callback operation) {return operation(a, b);
}int main() {int result;// 使用加法函数作为回调result = calculate(5, 3, add);printf("5 + 3 = %d\n", result);  // 输出: 8// 使用减法函数作为回调result = calculate(5, 3, subtract);printf("5 - 3 = %d\n", result);  // 输出: 2return 0;
}

⑵.函数表（Function Table）

函数表是存储函数指针的数组，常用于实现状态机或命令解析器。

#include <stdio.h>// 定义函数指针类型
typedef void (*CommandHandler)();// 命令处理函数
void help() { printf("显示帮助信息\n"); }
void quit() { printf("退出程序\n"); }
void list() { printf("列出所有文件\n"); }int main() {// 函数表CommandHandler commands[] = {help, quit, list};// 根据用户输入调用对应函数int choice;printf("请选择命令(0-帮助, 1-退出, 2-列表): ");scanf("%d", &choice);if (choice >= 0 && choice < 3) {commands[choice]();  // 调用对应函数} else {printf("无效命令\n");}return 0;
}

⑶.动态函数选择：

根据运行时条件调用不同函数：

int subtract(int a, int b) {return a - b;
}int main() {int choice = 1;int (*funcPtr)(int, int) = (choice == 1) ? add : subtract;printf("Result: %d\n", funcPtr(10, 5));  // 输出 5（若 choice=1）return 0;
}

4. 函数指针与 typedef

使用typedef可以简化函数指针的定义：

typedef int (*MathOperation)(int, int);// 使用typedef定义的类型创建函数指针
MathOperation op = add;

三、指针函数（Pointer Function）

1. 基本概念与语法

指针函数是返回指针的函数，即函数的返回值类型是指针。常用于动态内存分配、返回数组或结构体等场景。

定义语法：

返回指针类型 函数名(参数列表);

示例：int* getArray();
getArray 是一个函数，返回一个指向 int 的指针。

示例代码

// 动态分配数组并返回指针
int* createArray(int size) {int* arr = (int*)malloc(size * sizeof(int));for (int i = 0; i < size; i++) {arr[i] = i * 10;}return arr;
}int main() {int* arr = createArray(5);  // 调用指针函数for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", arr[i]);  // 输出 0 10 20 30 40}free(arr);  // 释放内存return 0;
}

2.内存图解：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 指针函数：返回int指针的函数
int* createIntArray(int size) {int* arr = (int*)malloc(size * sizeof(int));for (int i = 0; i < size; i++) {arr[i] = i * 10;}return arr; // 返回动态数组首地址
}int main() {int* myArr = createIntArray(5);printf("arr[2] = %d\n", myArr[2]); // 输出: 20free(myArr); // 必须释放内存！return 0;
}

内存图解：

      栈内存                         堆内存
+------------------+        +---------------------+
|  main::myArr     | -----> | createIntArray分配区 |
| [指针变量]       |        +---------------------+
+------------------+        | 地址: 0x1000        || [0]: 0    [1]: 10   || [2]: 20  [3]: 30   | ← 返回的指针指向这里| [4]: 40            |+---------------------+

3. 指针函数的应用场景

⑴. 动态内存分配

指针函数常用于封装内存分配逻辑：

// 返回动态分配的字符串
char* create_string(const char* initial_value) {char* str = (char*)malloc(strlen(initial_value) + 1);if (str != NULL) {strcpy(str, initial_value);}return str;
}

⑵.返回静态数组或结构体

指针函数可以返回静态存储的数组或结构体：

// 返回静态数组的指针
int* get_static_array() {static int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};return arr;
}

⑶.链表节点创建：

返回链表节点的指针：

struct Node* createNode(int value) {struct Node* node = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));node->data = value;node->next = NULL;return node;
}

4.注意事项

避免返回局部变量的指针：局部变量在函数返回后会被销毁，导致指针悬空。

// 错误示例：返回局部变量的指针
int* wrong_function() {int num = 100;return &num;  // 危险！num在函数返回后已销毁
}

四、函数指针 vs 指针函数：核心区别

对比项	函数指针	指针函数
本质	指针变量，存储函数地址	函数，返回值是指针
语法声明	`int (*funcPtr)(int, int);`	`int* func(int, int);`
用途	间接调用函数、回调函数、策略模式	返回动态分配的内存、链表节点、数组等
示例	`funcPtr = add; result = funcPtr(3,4);`	`arr = createArray(5);`

记忆技巧

函数指针：指针指向函数（遥控器控制家电）。
指针函数：函数返回指针（工厂生产指针）。

五、实战案例：函数指针实现排序策略

需求

实现一个通用排序函数，支持升序和降序排序。

代码实现

#include <stdio.h>// 比较函数指针类型
typedef int (*CompareFunc)(int a, int b);// 升序比较
int ascending(int a, int b) {return a - b;
}// 降序比较
int descending(int a, int b) {return b - a;
}// 通用排序函数
void sort(int* arr, int size, CompareFunc compare) {for (int i = 0; i < size - 1; i++) {for (int j = 0; j < size - i - 1; j++) {if (compare(arr[j], arr[j + 1]) > 0) {int temp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = temp;}}}
}int main() {int arr[] = {5, 2, 9, 1, 3};int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);// 升序排序sort(arr, size, ascending);printf("Ascending: ");for (int i = 0; i < size; i++) printf("%d ", arr[i]);  // 1 2 3 5 9// 降序排序sort(arr, size, descending);printf("\nDescending: ");for (int i = 0; i < size; i++) printf("%d ", arr[i]);  // 9 5 3 2 1return 0;
}