掌握C语言指针，轻松解锁代码高效性与灵活性(下）

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所属专栏：C语言学习
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引言

经过前面的刻苦学习，今天我们终于来到了指针的最后一节，这一节将是对前面内容的总结与深化，相信学完之后，大家能对指针有一个更深的理解~

1. 函数指针

1.1 函数的地址

函数也有地址吗？相信大家看到这里一定会有这个疑问吧，我们其实可以做一个小的实验来证明一下。

代码如下：

#include<stdio.h>
int Add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int main()
{
	int x = 1;
	int y = 2;
	int ret = Add(x, y);
	printf("%p \n", Add);//打印函数名
	printf("%p \n", &Add);//对函数名取地址
	return 0;
}

从上述实验我们可以发现，函数的确有地址，并且贝蒂还可以告诉大家函数名和对函数名取地址表示的含义相同，都是指函数的地址

1.2 函数指针变量

既然函数是有地址的，那我们就可以用指针来接收，而这个指针我们称为函数指针变量

定义如下：

函数的返回值类型（*指针名）（函数的参数类型）

我们以上面的加法函数给大家演示一下

int(*pf)(int a, int b) = &Add;
int(*pf)(int , int ) = Add;//省略&，a和b也是可行的
int(*)(int a, int b)//pf的函数指针变量类型

1.3 函数指针的使用

	int (*pf)(int a, int b) = &Add;
	int ret1 = (*pf)(3, 5);//相当于Add(3,5)
	int ret2 = pf(3, 5);//相当于Add(3,5)

1. 对pf解引用相当于通过pf找到Add函数名，然后输入参数进行使用。

2. 而我们知道&Add==Add，所以我们也能通过直接使用函数指针变量来调用函数。

• 但是函数指针变量不能像其他指针变量进行+-运算

2. 两段有趣的代码

2.1 typedef的使用

typedef是一个关键字，它能将复杂的类型简化。

如：

//如果你觉得unsigned long long写起来麻烦
typedef unsigned long long ull;//可以将其简化为ull
unsigned long long a;
ull b;//也可以这样声明

2.2 代码解析

（1）(*(void (*)())0)();//这段代码该如何解释

1. 首先我们从里往外拆分，最里面void(*)()是一个函数指针类型，它的返回类型是空，参数也为空，我们可以将其简化为pf 。

那这段代码我们可以写成这样

	(*(void (*)())0)();
	typedef void(*pf)();
	(*(pf)0)();//简化后

2. 这下我们比较容易看出这段代码是先将0强制类型转换为函数指针类型，然后对其解引用。

3. 解引用之后相当于调用在0地址的函数，因为其参数为空所以只有一个单独的().

(2) void (*signal(int , void(*)(int)))(int);//那这段代码呢

1. 首先signal与()结合说明其是一个函数名，它有两个参数，一个整型，另一个是函数指针类型。

2. 我们将signal(int ,void(*)(int))单独拿出来，这段代码只剩void(*)(int)，这就说明该函数的返回类型是一个函数指针，指向一个参数为int，返回为void的函数。

3. 我们可以通过typedef进行化简。

	typedef void(*pfun_t)(int);//将void(*)(int)简化
	pfun_t signal(int, pfun_t);//化简之后

3. 计算器

这是一个简单计算机的模拟实现

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)//加法
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)//减法
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)//乘法
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)//除法
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	do//简单计算机的模拟实现
	{
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf(" 0:exit \n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = add(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 2:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = sub(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 3:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = mul(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 4:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = div(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

通过观察我们发现代码有很多冗余的部分，我们可以通过下面两种方法简化

3.1 函数指针数组

类比指针数组，函数指针数组就是每个数组元素是个函数指针

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; 
	//0元素方便输入
	//p先与[5]结合是个数组，每个元素是个函数指针
	do
	{
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf(" 0:exit \n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		if ((input <= 4 && input >= 1))
		{
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = (*p[input])(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
		}
		else if (input == 0)
		{
			printf("退出计算器\n");
		}
		else
		{
			printf("输⼊有误\n");
		}
	} while (input);
		return 0;
}

3.2 回调函数

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，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。

简单来说就是通过函数来调用函数

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
void calc(int(*pf)(int, int))
//用函数指针来接收函数地址
{
	int ret = 0;
	int x, y;
	printf("输入操作数：");
	scanf("%d %d", &x, &y);
	ret = pf(x, y);
	printf("ret = %d\n", ret);
}
int main()
{
	int input = 1;
	do
	{
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf(" 0:exit \n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			calc(add);//传入函数的地址
			break;
		case 2:
			calc(sub);//传入函数的地址
			break;
		case 3:
			calc(mul)//传入函数的地址
			break;
		case 4:
			calc(div)//传入函数的地址
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
		return 0;
}

4. qsort()函数

4.1 qsort()的使用

1. 声明：void qsort(void base, size_t nitems, size_t size, int (compar)(const void , const void))

• base -- 指向要排序的数组的第一个元素的指针。
• nitems -- 由 base 指向的数组中元素的个数。
• size -- 数组中每个元素的大小，以字节为单位。
• compar -- 用来比较两个元素的函数。

2. 作用：对数组元素进行排序（升序）

3. 返回值：void

举例：

int int_cmp1(const void* p1, const void* p2)
{
    //void*指针不能直接使用
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);//前大于后，则交换
}
void test1()
{
	int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	int i = 0;
	qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp1);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
}
int int_cmp2(const void* p1, const void* p2)
{
	return (*(char*)p1 - *(char*)p2);//前大于后，则交换
}
void test2()
{
	char arr[] = { 'b','a','j','c','r' };
	int i = 0;
	qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(char), int_cmp2);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%c ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
}
int main()
{
	test1();//排序整数
	test2();//排序字符
	return 0;
}

输出结果:

• 当然我们还可以以字符串，结构体变量为比较依据，这里贝蒂就不一一列举啦

4.2 冒泡排序

冒泡排序是一种非常常见，用于排序的一种算法 。

(1) 算法步骤

1. 比较相邻的元素。如果第一个比第二个大，就交换他们两个。

2. 对每一对相邻元素作同样的工作，从开始第一对到结尾的最后一对。这步做完后，最后的元素会是最大的数。

3. 针对所有的元素重复以上的步骤，除了最后一个。

4. 持续每次对越来越少的元素重复上面的步骤，直到没有任何一对数字需要比较。

(2) 动图演示

（3）代码实现

void bubble_sort(int arr[], int sz) //参数接收数组元素个数
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int flag = 1; //假设这⼀趟已经有序了
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				flag = 0; //发⽣交换就说明，⽆序
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}
		if (flag == 1) //这⼀趟没交换就说明已经有序，后续无需排序了
			break;
	}
}
int main()
{
	int arr[] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	bubble_sort(arr, sz);
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

输出：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

4.3 模拟实现qsort()

虽然qsort本质是以快速排序方式实现的，但是我们也可以用冒泡排序模仿实现一下。

1. 参数部分肯定不会变

void bubble(void *base, int count , int size, int(*cmp )(void *, void *))

2. 比较函数，因为不同变量类型，所以我们以char*类型来进行比较。

3. 与比较函数同理，交换每个字节内容，从而实现两个元素的交换

void _swap(void* p1, void* p2, int size)
//p1为第一个元素
//p2为第二元素
//size为交换字节数
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < size; i++)
	{
		char tmp = *((char*)p1 + i);
		*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
		*((char*)p2 + i) = tmp;
	}
}

完整代码

int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
	return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}
void _swap(void* p1, void* p2, int size)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < size; i++)
	{
		char tmp = *((char*)p1 + i);
		*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
		*((char*)p2 + i) = tmp;
	}
}
void bubble(void* base, int count, int size, int(*cmp)(void*, void*))
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	for (i = 0; i < count - 1; i++)
	{
		for (j = 0; j < count - i - 1; j++)
		{
			if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)
			//返回值大于0则交换
			{
				_swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);
			}
		}
	}
}
int main()
{
	int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	int i = 0;
	bubble(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
	for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

结言

​ 🎈🎈 完结撒花，完结撒花🎈🎈

​ 恭喜你，打败指针大魔王哦~

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