C語言指針導(dǎo)學(xué)(4)——分清函數(shù)指針和指針函數(shù)
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四．分清函數(shù)指針和指針函數(shù)
關(guān)于指針和數(shù)組斬不斷理還亂的恩怨還真是說了不少，不過現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)理清了。有了上一講的基礎(chǔ)，本講的內(nèi)容相對(duì)來說就比較容易理解了。
1．指向函數(shù)的指針(函數(shù)指針)
來分析這樣一個(gè)聲明，void (*f) ( );雖然()的優(yōu)先級(jí)高于*，但由于有括號(hào)存在，首先執(zhí)行的是解引用，所以f是一個(gè)指針；接下來執(zhí)行( )，表明f指向一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)不返回任何值。現(xiàn)在得出結(jié)論：f是一個(gè)指向不接受參數(shù)且不返回任何值的函數(shù)的指針，簡稱函數(shù)指針(pointer to function)。
對(duì)比一下int(*p) [100]，p是一個(gè)指向含有100個(gè)整型元素的數(shù)組的指針，它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)：指針聲明符(*)和標(biāo)識(shí)符(f或p)都被限制在一個(gè)括號(hào)中，由于括號(hào)的優(yōu)先級(jí)是最高的，所以我們從標(biāo)識(shí)符開始由內(nèi)向外分析，即可得到以上結(jié)果。
<1>．初始化
注意指向函數(shù)的指針(函數(shù)指針)指向的是函數(shù)而非普通的變量，它所指向的函數(shù)也是有特定類型的，函數(shù)的類型由它的返回值類型以及形參列表確定，和函數(shù)名無關(guān)。對(duì)函數(shù)指針初始化時(shí)可以采用相同類型函數(shù)的函數(shù)名或函數(shù)指針(當(dāng)然還有零指針常量)。假如有函數(shù)void test ( )，int wrong_match (int)和函數(shù)指針void (*ptf) ( )。
下面的初始化是錯(cuò)誤的，因?yàn)楹瘮?shù)指針的類型與函數(shù)的類型不匹配：
f = wrong_match;
f = & wrong_match;
ptf = wrong_match;
ptf = & wrong_match;
以下初始化及賦值是合法的：
f = test;
f = &test;
ptf = test;
ptf = &test;
f = pf;
要做出解釋的是test和&test都可以用來初始化函數(shù)指針。C語言規(guī)定函數(shù)名會(huì)被轉(zhuǎn)換為指向這個(gè)函數(shù)的指針，除非這個(gè)函數(shù)名作為&操作符或sizeof操作符的操作數(shù)(注意：函數(shù)名用于sizeof的操作數(shù)是非法的)。也就是說f = test;中test被自動(dòng)轉(zhuǎn)換為&test，而f= &test;中已經(jīng)顯示使用了&test，所以test就不會(huì)再發(fā)生轉(zhuǎn)換了。因此直接引用函數(shù)名等效于在函數(shù)名上應(yīng)用&運(yùn)算符，兩種方法都會(huì)得到指向該函數(shù)的指針。
<2>．通過函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)
通過函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)可以有兩種方法，直接使用函數(shù)指針或在函數(shù)指針前使用解引用運(yùn)算符，如下所示：
f = test;
ptf = test;
f ( );
(*f) ( );//指針兩側(cè)的括號(hào)非常重要，表示先對(duì)f解引用，然后再調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)
ptf ( );
(*ptf) ( );//括號(hào)同樣不能少
以上語句都能達(dá)到調(diào)用test函數(shù)的作用。ANSI C標(biāo)準(zhǔn)將f ( )認(rèn)為是(*f)( )的簡寫形式，并且推薦使用f ( )形式，因?yàn)樗虾瘮?shù)調(diào)用的邏輯。要注意的是：如果指向函數(shù)的指針沒有初始化，或者具有0值(零指針常量)，那么該指針不能在函數(shù)調(diào)用中使用。只有當(dāng)指針已經(jīng)初始化，或被賦值后指向某個(gè)函數(shù)才能安全地用來調(diào)用函數(shù)。
<3>．探究函數(shù)名
現(xiàn)在有如下程序：
#include
void test( )
{
printf("test called!\n");
}
int main()
{
void (*f) ( );
f = test;
f ( );
(*f)( );
//test++;//error，標(biāo)準(zhǔn)禁止對(duì)指向函數(shù)的指針進(jìn)行自增運(yùn)算
//test = test + 2;//error，不能對(duì)函數(shù)名賦值，函數(shù)名也不能用于進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算
printf("%p\n", test);
printf("%p\n", &test);
printf("%p\n", *test);
return 0;
}
在我機(jī)器上的運(yùn)行結(jié)果為：
test called!
test called!
004013EE
004013EE
004013EE
這個(gè)程序中較難理解的是3個(gè)輸出語句都可以得到函數(shù)的入口地址。首先來看函數(shù)名test，它與數(shù)組名類似(注意：只是類似)，是一個(gè)符號(hào)用來標(biāo)識(shí)一個(gè)函數(shù)的入口地址，在使用中函數(shù)名會(huì)被轉(zhuǎn)換為指向這個(gè)函數(shù)的指針，指針的值就是函數(shù)的入口地址，&test在前面已經(jīng)說了：顯示獲取函數(shù)的地址。對(duì)于*test，可以認(rèn)為由于test已經(jīng)被轉(zhuǎn)換成了函數(shù)指針,指向這個(gè)函數(shù)，所以*test就是取這個(gè)指針?biāo)赶虻暮瘮?shù)名，而又根據(jù)函數(shù)名會(huì)被轉(zhuǎn)換指向該函數(shù)的指針的規(guī)則，這個(gè)函數(shù)也轉(zhuǎn)變成了一個(gè)指針，所以*test最終也是一個(gè)指向函數(shù)test的指針。對(duì)它們采用%p格式項(xiàng)輸出，都會(huì)得到以16進(jìn)制數(shù)表示的函數(shù)test的入口地址。注意函數(shù)的地址在編譯期是未知的，而是在鏈接時(shí)確定的。
2．返回指針的函數(shù)(指針函數(shù))
類比指針數(shù)組(還記得嗎)，理解指針函數(shù)將會(huì)更加輕松。所謂指針函數(shù)，就是返回指針的函數(shù)，函數(shù)可以不返回任何值，也可以返回整型值，實(shí)型值，字符型值，當(dāng)然也可以返回指針值。一個(gè)指針函數(shù)的聲明：int *f(int i, int j);回想一下指針數(shù)組的聲明：char *cars[10];同樣的把它寫成好理解的形式(非業(yè)界慣例)int* f(int i, int j);這樣一來已經(jīng)十分明了了，由于( )的優(yōu)先級(jí)高于*，因此f先與()結(jié)合，所以f是一個(gè)具有兩個(gè)int型參數(shù)，返回一個(gè)指向int型指針的函數(shù)。
C語言的庫函數(shù)中有很多都是指針函數(shù)，比如字符串處理函數(shù)，下面給出一些函數(shù)原型：
char *strcat( char *dest, const char *src );
char *strcpy( char *dest, const char *src );
char *strchr( const char *s, int c );
char *strstr( const char *src, const char*sub );
注意函數(shù)的返回值不僅僅局限于指向變量的指針，也可以是指向函數(shù)的指針。初遇這種函數(shù)的聲明可能會(huì)痛苦一點(diǎn)兒，但練習(xí)兩三次應(yīng)該是可以理解并掌握的。首先來看這個(gè)聲明：int (*function(int)) (double*,char);要了解此聲明的含義，首先來看function(int)，將function聲明為一個(gè)函數(shù)，它帶有一個(gè)int型的形式參數(shù)，這個(gè)函數(shù)的返回值為一個(gè)指針，正是我們本將開頭講過的函數(shù)指針int (*) (double*, char);這個(gè)指針指向一個(gè)函數(shù)，此函數(shù)返回int型并帶有兩個(gè)分別是double*型和char型的形參。如果使用typedef可以將這個(gè)聲明簡化：
typedefint (*ptf) (double*, char);
ptffunction(int );
要說明一下，對(duì)于typedefint (*ptf) (double*,char);注意不要用#define的思維來看待typedef，如果用#define的思維來看的話會(huì)以為(*ptf)(double*, char)是int的別名，但這樣的別名看起來好像又不是合法的名字，于是會(huì)處于迷茫狀態(tài)。實(shí)際上，上面的語句把ptf定義為一種函數(shù)指針類型的別名，它和函數(shù)指針類型int (*) (double*, char);等價(jià)，也就是說ptf現(xiàn)在也是一種類型。
3．函數(shù)指針和指針函數(shù)的混合使用
函數(shù)指針不僅可以作為返回值類型，還可以作為函數(shù)的形式參數(shù)，如果一個(gè)函數(shù)的形參和返回值都是函數(shù)指針，這個(gè)聲明看起來會(huì)更加復(fù)雜，例如：
void (*signal (int sig, void (*func) (intsiga)) ) ( int siga );看上去確實(shí)有些惱人，我們來一步一步的分析。現(xiàn)在要分析的是signal，因?yàn)榫o鄰signal的是優(yōu)先級(jí)最高的括號(hào)，首先與括號(hào)結(jié)合，所以signal為一個(gè)函數(shù)，括號(hào)內(nèi)為signal的兩個(gè)形參，一個(gè)為int型，一個(gè)為指向函數(shù)的指針。接下來從向左看，*表示指向某對(duì)象的指針，它所處的位置表明它是signal的返回值類型，現(xiàn)在可以把已經(jīng)分析過的signal整體去掉，得到void (*) ( int siga )，很清晰了吧。又是一個(gè)函數(shù)指針，這個(gè)指針與signal形參表中的第二個(gè)參數(shù)類型一樣，都是指向接受一個(gè)int型形參且不返回任何值的函數(shù)的指針。同樣地，用typedef可以將這個(gè)聲明簡化：
typedef void (*p_sig) (int);
p_sig signal(int sig, p_sig func);
這個(gè)signal函數(shù)是C語言的庫函數(shù)，在signal.h中定義，用來處理系統(tǒng)中產(chǎn)生的信號(hào)，是UNIX/Linux編程中經(jīng)常用到的一個(gè)函數(shù)，所以在此單獨(dú)拿出來講解一下。
4．函數(shù)指針數(shù)組
還有一種較為常用的關(guān)于函數(shù)指針的用法——函數(shù)指針數(shù)組。假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)文件處理程序，通過一個(gè)菜單按鈕來選擇相應(yīng)的操作(打開文件，讀文件，寫文件，關(guān)閉文件)。這些操作都實(shí)現(xiàn)為函數(shù)且類型相同，分別為：
void open( );
void read( );
void write( );
void close( );
現(xiàn)在定義一個(gè)函數(shù)指針類型的別名PF：typedefvoid (*PF) ( );把以上4種操作取地址放入一個(gè)數(shù)組中，得到：
PF file_options[ ] = {
&open,
&read,
&write,
&close
};
這個(gè)數(shù)組中的元素都是指向不接受參數(shù)且不返回任何值的函數(shù)的指針，因此這是一個(gè)函數(shù)指針數(shù)組。接下來，定義一個(gè)函數(shù)指針類型的指針action并初始化為函數(shù)指針數(shù)組的第一個(gè)元素：PF* action = file_options;，如果不好理解，可以類比一下int ia[4] = {0, 1, 2, 3}; int *ip = ia;，這里PF相當(dāng)于int，這樣應(yīng)該比較好懂了。通過對(duì)指針action進(jìn)行下標(biāo)操作可以調(diào)用數(shù)組中的任一操作，如：action[2]( )會(huì)調(diào)用write操作，以此類推。在實(shí)際中，指針action可以和鼠標(biāo)或者其他GUI對(duì)象相關(guān)聯(lián)，以達(dá)到相應(yīng)的目的。
5．關(guān)于指針的復(fù)雜聲明
第4點(diǎn)中的函數(shù)指針數(shù)組采用了typedef來聲明，這是應(yīng)該提倡的方法，因?yàn)樗勺x性更高。如果不使用typedef，那么分析起來就會(huì)比較復(fù)雜，結(jié)果是void (*file_options[ ]) ( );對(duì)于C語言的復(fù)雜聲明我不想講太多，因?yàn)樵趯?shí)際中用到的機(jī)會(huì)并不多，并且推薦大家多用typedef來簡化聲明的復(fù)雜度。對(duì)于分析復(fù)雜聲明有一個(gè)極為有效的方法——右左法則。右左法則的大致描述為：從未定義的變量名開始閱讀聲明，先向右看，然后向左看。當(dāng)遇到括號(hào)時(shí)就調(diào)轉(zhuǎn)閱讀的方向。括號(hào)內(nèi)的所有內(nèi)容都分析完畢就跳出括號(hào)。這樣一直繼續(xù)下去，直到整個(gè)聲明都被分析完畢。來分析一個(gè)的例子：int * (* (*fp) (int) ) [10];
閱讀步驟：
1．從未定義的變量名開始閱讀--------------------------------------------fp
2．往右看，什么也沒有，遇到了)，因此往左看，遇到一個(gè)* ------一個(gè)指向某對(duì)象的指針
3．跳出括號(hào)，遇到了(int) -----------------------------------一個(gè)帶一個(gè)int參數(shù)的函數(shù)
4．向左看，發(fā)現(xiàn)一個(gè)* ---------------------------------------（函數(shù)）返回一個(gè)指向某對(duì)象的指針
5．跳出括號(hào)，向右看，遇到[10] ------------------------------一個(gè)10元素的數(shù)組
6．向左看，發(fā)現(xiàn)一個(gè)* ---------------------------------------一個(gè)指向某對(duì)象指針
7．向左看，發(fā)現(xiàn)int -----------------------------------------int類型
所以fp是指向函數(shù)的指針,該函數(shù)返回一個(gè)指向數(shù)組的指針，此數(shù)組有10個(gè)int*型的元素。
對(duì)此我不再多舉例了，下面給出一些聲明，有興趣的朋友可以試著分析一下，答案我會(huì)在下一講中給出：
1．int *( *( *a[5]) ( ) ) ( );
2．void * (*b) ( char, int (*) ( ) );
3．float ( *(*c[10]) (int*) ) [5];
4．int ( *(*d)[2][3] ) [4][5];
5．int (*(*(*e) ( int* ))[15]) (int*);
6．int ( *(*f[4][5][6]) (int*) ) [10];
7．int *(*(*(*g)( ))[10]) ( );
