【C++基础】第四十课:函数指针

函数指针

Posted by x-jeff on April 25, 2022

【C++基础】系列博客为参考《C++ Primer中文版(第5版)》C++11标准)一书,自己所做的读书笔记。
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1.函数指针

函数指针指向的是函数而非对象。和其他指针一样,函数指针指向某种特定类型。函数的类型由它的返回类型和形参类型共同决定,与函数名无关。例如:

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//比较两个string对象的长度
bool lengthCompare(const string &, const string &);

该函数的类型是bool (const string &, const string &)。要想声明一个可以指向该函数的指针,只需要用指针替换函数名即可:

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//pf指向一个函数,该函数的参数是两个const string的引用,返回值是bool类型
bool (*pf) (const string &, const string &);//未初始化

⚠️*pf两端的括号必不可少。如果不写这对括号,则pf是一个返回值为bool指针的函数:

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//声明一个名为pf的函数,该函数返回bool*
bool *pf (const string &, const string &);

2.使用函数指针

当我们把函数名作为一个值使用时,该函数自动地转换成指针。例如,按照如下形式我们可以将lengthCompare的地址赋给pf

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pf = lengthCompare;//pf指向名为lengthCompare的函数
pf = &lengthCompare;//等价的赋值语句:取地址符是可选的

‼️此外,我们还能直接使用指向函数的指针调用该函数,无须提前解引用指针:

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bool b1 = pf("hello", "goodbye");//调用lengthCompare函数
bool b2 = (*pf)("hello", "goodbye");//一个等价的调用
bool b3 = lengthCompare("hello", "goodbye");//另一个等价的调用

在指向不同函数类型的指针间不存在转换规则。但是和往常一样,我们可以为函数指针赋一个nullptr或者值为0的整型常量表达式,表示该指针没有指向任何一个函数:

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string::size_type sumLength(const string&, const string&);
bool cstringCompare(const char*, const char*);
pf = 0;//正确:pf不指向任何函数
pf = sumLength;//错误:返回类型不匹配
pf = cstringCompare;//错误:形参类型不匹配
pf = lengthCompare;//正确:函数和指针的类型精确匹配

3.重载函数的指针

当我们使用重载函数时,上下文必须清晰地界定到底应该选用哪个函数。如果定义了指向重载函数的指针:

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void ff(int*);
void ff(unsigned int);

void (*pf1) (unsigned int)=ff;//pf1指向ff(unsigned)

编译器通过指针类型决定选用哪个函数,指针类型必须与重载函数中的某一个精确匹配:

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void (*pf2) (int) = ff;//错误:没有任何一个ff与该形参列表匹配
double (*pf3) (int*) = ff;//错误:ff和pf3的返回类型不匹配

4.函数指针形参

函数形参可以是指向函数的指针。此时,形参看起来是函数类型,实际上却是当成指针使用:

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//第三个形参是函数类型,它会自动地转换成指向函数的指针
void useBigger(const string &s1, const string &s2, bool pf(const string &, const string &));
//等价的声明:显式地将形参定义成指向函数的指针
void useBigger(const string &s1, const string &s2, bool (*pf) (const string &, const string &));

我们可以直接把函数作为实参使用,此时它会自动转换成指针:

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//自动将函数lengthCompare转换成指向该函数的指针
useBigger(s1, s2, lengthCompare);

形参lengthCompare不需要传入自己的函数参数,否则用的就不是函数指针作为形参,而是函数返回值作为形参了:

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int f1(int x) {
   return x * x;
}

int f2(int (*pf1)(int x), int y) {
   //int a = pf1(x);//error
   int b = pf1(y);
   return b + 2;
}

int main() {
   //int a = f2(f1(3),4);//error
   int a = f2(f1, 4);
   cout << a << endl;
   return 0;
}

直接使用函数指针类型显得冗长而烦琐。类型别名和decltype能让我们简化使用了函数指针的代码:

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//Func和Func2是函数类型
typedef bool Func(const string&, const string&);
typedef decltype(lengthCompare) Func2;//等价的类型
//FuncP和FuncP2是指向函数的指针
typedef bool(*FuncP)(const string&, const string&);
typedef decltype(lengthCompare) *FuncP2;//等价的类型

需要注意的是,decltype返回函数类型,此时不会将函数类型自动转换成指针类型。可以使用如下的形式重新声明useBigger

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//useBigger的等价声明,其中使用了类型别名
void useBigger(const string&, const string&, Func);
void useBigger(const string&, const string&, FuncP2);

这两个声明语句声明的是同一个函数,在第一条语句中,编译器自动地将Func表示的函数类型转换成指针。

5.返回指向函数的指针

和数组类似,虽然不能返回一个函数,但是能返回指向函数类型的指针。然而,我们必须把返回类型写成指针形式,编译器不会自动地将函数返回类型当成对应的指针类型处理。与往常一样,要想声明一个返回函数指针的函数,最简单的办法是使用类型别名:

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using F = int (int*, int);//F是函数类型,不是指针
using PF = int (*) (int*, int);//PF是指针类型

其中我们使用类型别名将F定义成函数类型,将PF定义成指向函数类型的指针。必须时刻注意的是,和函数类型的形参不一样,返回类型不会自动地转换成指针。我们必须显式地将返回类型指定为指针:

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PF f1(int);//正确:PF是指向函数的指针,f1返回指向函数的指针
F f1(int);//错误:F是函数类型,f1不能返回一个函数
F *f1(int);//正确:显式地指定返回类型是指向函数的指针

当然,我们也能用下面的形式直接声明f1

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int (*f1(int)) (int*, int);

按照由内向外的顺序阅读这条声明语句:我们看到f1有形参列表,所以f1是个函数;f1前面有*,所以f1返回一个指针;进一步观察发现,指针的类型本身也包含形参列表,因此指针指向函数,该函数的返回类型是int

我们还可以使用尾置返回类型的方式声明一个返回函数指针的函数:

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auto f1(int) -> int (*) (int*, int);