【再识C进阶2(中)】详细介绍指针的进阶——函数指针数组、回调函数、qsort函数

前言

💓作者简介： 加油，旭杏，目前大二，正在学习C++，数据结构等👀
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学习目标：

       在这一篇博客中，我们要认识并理解函数指针数组的概念，再学会在特定情境下使用函数指针数组；简单认识一下指向函数指针数组的指针；认识一下回调函数，并通过qsort函数来认识一下回调函数。这就是本博客的学习目标。

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学习内容：

通过上面的学习目标，我们可以列出要学习的内容：

1. 认识并理解函数指针数组的概念
2. 学会在特定情境下使用函数指针数组
3. 简单认识一下指向函数指针数组的指针
4. 认识一下回调函数
5. 通过qsort函数来认识一下回调函数

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一、函数指针数组

1.1 函数指针

       我们先来简单回顾一下函数指针，我们在初始C语言中学过指针的初阶，我们认识了整形指针、字符指针等基本数据类型的指针。整形指针是存放整形类型变量的地址；字符指针是存放字符类型变量的地址……那么我们来看这个函数指针，明显是一个指针。通过小学学习的找规律进行编写句子，可以轻松地得到：函数指针是存放函数类型变量的地址（可能描述有些不正确）。看下图方便理解：

整形指针：存放整形类型变量的地址，在32位平台下是4个字节，在64位平台下是8个字节；

字符指针：存放字符类型变量的地址，在32位平台下是4个字节，在64位平台下是8个字节；

函数指针：存放函数类型变量的地址，在32位平台下是4个字节，在64位平台下是8个字节。

1.1.1 了解什么是函数的地址？ 

啊，读者可能会感觉到有点奇怪！为什么函数也有地址呢？

       因为函数是由一些运行的语句组成的，程序运行的时候就会把函数中的语句调用到内存中去，那么函数代码在内存中开始的那个内存空间的地址就是函数的地址！

接下来，让我们用代码来认识一下函数的地址：

void test()
{
    printf("Hellod,worid!");
}
 
int main()
{
    printf("%p\n", test);   //函数与数组类似，数组名表示数组首元素的地址，函数名表示函数的地址
    printf("%p\n", &test);  //&函数名拿到的是函数的地址
}

1.1.2 学习如何使用函数指针？ 

       在了解完函数指针是什么，可能大家还不知道什么是函数指针？书接上文，函数的地址要想保存下来，需要怎么保存呢？下面，我们来看代码：

void test()
{
    printf("Hellod,worid!");
}
//下面pfun1和pfun2哪个有能力存放test函数的地址？
void (*pfun1)();
void *pfun2();

       首先，能够用于存储地址，就要求pfun1或者pfun2是指针，看上面，pfun1先与 * 结合，说明pfun1是指针，去掉指针就是指针所指向的类型是：void （），返回值类型为void。

那如何使用函数指针呢？下面来看代码：

void test()
{
    printf("Hellod,worid!\n");
}
 
int main()
{
    void (*pf)() = &test; //用pf指针存储函数的地址
    (*pf)();
    pf();
    test();
}

1.2 利用计算器代码来具体介绍函数指针数组

1.2.1 函数指针数组是什么？

       在学习完函数指针后，我们来认识一下函数指针数组是什么？和介绍函数指针一样，函数指针数组的主语是数组，在初始C语言中，我们学过数组的内容中介绍了一些常见的数组类型：整形数组，字符数组等基本数据类型的数组。整形数组是存放一些整形类型的变量，字符数组是存放一些字符类型的变量……那么函数指针数组存放的值一些函数指针类型的变量。看下图，方便理解：

整形数组是存放一些整形类型的变量，数组存放的是想同类型的变量；

字符数组是存放一些字符类型的变量；

函数指针数组是存放一些函数指针类型的变量。

 下面用代码来认识一下函数指针数组：

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}
int main()
{
	int (*pf1)(int, int) = &Add;
	int (*pf2)(int, int) = ⋐
	int (*pfarr[2])(int, int) = { pf1, pf2 };
}

1.2.2 利用画图对函数指针数组的写法详解：

1.2.3 计算器代码的实现

       在详细介绍分支与循环语句中，我们讲过像这种代码的设计结构，先有一个函数的主题、再有一个菜单、之后根据菜单的内容进行功能的设计，最后进行结束游戏。大致思路就是这，请读者继续跟着我的思路进行设计计算器：

1.2.3.1 计算器代码的主体

int main()
{
	int input = 0;
	do {
		menu();
		printf("请选择:>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			break;
		//……
		default:
			break;
	    }
 
	} while (input);
	return 0;
}

 1.2.3.2 计算器的菜单

void menu()
{
	printf("***************************\n");
	printf("***** 1. Add   2. Sub *****\n");
	printf("***** 3. Mul   4. Div *****\n");
	printf("*****      0. exit    *****\n");
	printf("***************************\n");
}

1.2.3.3 计算器的自定义函数部分 

这个简单的计算器将实现四种计算的功能，分别是：加、减、乘、除。

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
	return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
	return x / y;
}

1.2.3.4 计算器函数主体的选择部分

switch (input)
		{
		case 1:
			printf("请输入两个数:>");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Add(x, y);
			printf("结果是:> %d\n", ret);
			break;
		case  2:
			printf("请输入两个数:>");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Sub(x, y);
			printf("结果是:> %d\n", ret);
			break;
		case 3:
			printf("请输入两个数:>");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Mul(x, y);
			printf("结果是:> %d\n", ret);
			break;
		case 4:
			printf("请输入两个数:>");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Div(x, y);
			printf("结果是:> %d\n", ret);
			break;
		case 0:
			printf("退出计算器！\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误，请重新选择！\n");
			break;
	    }

1.2.3.5 这种计算器代码的不足之处

1. 当计算器的功能逐渐增加的时候，菜单会越来越长，所需要写出的函数也会越来越多，最重要的是switch()语句会越来越长。
2. case语句中的代码存在冗余。

1.2.4 对计算器代码进行改进

       这种改进使得在以后对计算器的功能进行升级的时候，会非常方便！因为你只需要将函数指针数组进行修改，以及input的范围进行修改即可。

do {
		menu();
		printf("请选择:>");
		scanf("%d", &input);
		int (*pfarr[])(int, int) = { NULL, &Add, &Sub, &Mul, &Div };
		if (0 == input)
		{
			printf("退出计算器！\n");
		}
		else if (input >= 1 && input <= 4)
		{
			printf("请输入两个数:>");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = (*pfarr[input])(x, y);
			printf("结果是:> %d\n", ret);
		}
		else
		{
			printf("选择错误，请重新选择!\n");
		}
	} while (input);

1.3 函数指针数组的用途 

函数指针数组的用途是：转义表。

       正确使用函数指针数组的前提条件是，这若干个需要通过函数指针数组保存的函数必须有相同的输入、输出值。

       函数指针数组的好处：只要少许行代码，就完成了许多条case语句要做的事，减少了编写代码时工作量，将nStreamType作为数组下标，直接调用函数指针，从代码执行效率上来说，也比case语句高。假如多个函数中均要作如此处理，函数指针数组更能体现出它的优势。

 二、指向函数指针数组的指针（了解）

       我们可以先从简单的入手，我现在有一堆整形变量，现在需要将这些整形变量的地址存储起来，那需要怎么进行存储呢？答用整形指针数组进行存储。如果我现在想拿到这个整形指针数组的地址，需要用什么来接收呢？答用指向整形指针数组的指针来接收。

       同理，指向函数指针数组的指针是一个指针，指针指向一个数组，数组的元素都是函数指针。这就跟俄罗斯套娃一样，一层一层的，我们需要先找到主语，得知类型；继续找主语，得知类型……有点耐心，像剥洋葱一样，慢慢拨开！

下面，我们用代码来认识一下：

void test(const char* str)
{
	printf("%s\n", str);
}
int main()
{
	//函数指针pf
	void (*pf)(const char*) = test;
	//函数指针数组pfarr
	void (*pfarr[10])(const char*);
	pfarr[0] = test;
	//指向函数指针数组pfarr的指针ppfarr
	void (*(*ppfarr)[10])(const char*) = &pfarr;
	return 0;
}

扩展视野（没必要）： 函数指针数组指针数组，函数指针数组指针数组指针

三、回调函数（重要）

       回调函数是非常重要的知识点，可以玩出许多高端操作，其依赖于函数指针，有了函数指针我们才能实现回调函数。下面来看一下回调函数的概念：

3.1 回调函数的概念

       回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用于调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。

       简单来说，就是函数作为参数，放在另一个函数的形参中，当另一函数在使用时，会调用作为参数的函数，那么这个作为参数的函数就是回调函数。

接下来，我们用计算器来举个例子：

       在1.2.3中实现的计算器代码中，switch()语句中的代码有点冗余，如果我们将这些冗余的部分封装成一个函数，那么这个代码看上去就会好很多。但是冗余的这一部分有一点是不同的，就是所使用的函数，所以我们需要在封装函数的形参中传递功能函数的地址，使封装函数进行调用，这就是回调函数。下面看代码：

void cal(int (*pf)(int, int))
{
    printf("请输入两个数:>");
	scanf("%d %d", &x, &y);
	ret = (*pf)(x, y);
	printf("结果是:> %d\n", ret);
}

3.2 回调函数的案例：qsort函数 

       先来介绍一下qsort函数qsort函数：其是一个库函数，底层使用的快速排序的方式，对数据进行排序的；这个函数可以直接使用，这个函数可以用来排序任意类型的数据。 

在qsort函数中，有四个参数，我们来认识一下每一个参数所表示的意思：

• void* base ：待排序数组的第一个元素的地址；
• size_t num：待排序数组的元素个数；
• size_t size：待排序数组中一个元素的大小；
• int （*compar) (const void*, const void*) ：函数指针——cmp指向了一个函数，这个函数是用来比较两个元素的。

       排序就是有比较组成的，qsort函数可以排序不同类型的数据，但不是所有类型都可以用不等号比较出来，方法是有差异的。比如说，整形可以直接用>比较，而两个结构体的数据可能不能直接用>比较。

       在这个qsort函数中，最难的是第四个形参，这个形参所指向的函数的作用如下图：让两个数进行相减，根据结果与0进行比较判断谁在前，谁在后。

介绍一下void* 的指针：

1. void* 是无类型指针，可以接收任意类型的地址；
2. 不能进行解引用操作；
3. 不能进行加、减整数的操作。

3.3 qsort函数的使用

//排序整形数组
int int_cmp(const void* e1, const void* e2)
{
	return (*(int*)e1 - *(int*)e2);
}
int main()
{
	int arr[10] = { 3,4,5,6,7,8,9,2,1,0 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), int_cmp);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
    return0；
}

//排序结构体中名字的顺序
struct student {
	char name[40];
	int age;
};
int name_cmp(const void* p5, const void* p6)
{
	return strcmp(((struct student*)p5)->name, ((struct student*)p6)->name);
}
int main()
{
    struct student s[3] = { {"zhangsan", 23}, {"lisi", 45}, {"wangwu", 78} };
	int sz2 = 3;
	qsort(s, sz2, sizeof(s[0]), name_cmp);
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%s\n", s[i].name);
	}
    return 0;
}

//排序结构体中年龄的大小
struct student {
	char name[40];
	int age;
};
int age_cmp(const void* p3, const void* p4)
{
	return ((struct student*)p3)->age - ((struct student*)p4)->age;
}
int main()
{
    qsort(s, sz2, sizeof(s[0]), age_cmp);
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%d\n", s[i].age);
	}
    return 0;
}

3.4 回调函数的作用

1. 恰当时间发送通知；
2. 让代码更加灵活；
3. 提高运行效率。

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学习产出：

1. 认识并理解函数指针数组的概念
2. 学会在特定情境下使用函数指针数组
3. 简单认识一下指向函数指针数组的指针
4. 认识一下回调函数
5. 通过qsort函数来认识一下回调函数