函数指针的另一个好用法：在版本之间轻松切换

当您需要在不同的时间或不同的开发阶段使用不同的功能时，它们非常方便。例如，我正在一台有控制台的主机上开发一个应用程序，但该软件的最终版本将放在Avnet ZedBoard（它有显示器和控制台的端口，但最终版本不需要这些端口）上。所以在开发过程中，我将使用printf查看状态和错误消息，但当我完成后，我不希望打印任何内容。以下是我所做的：

版本.h

// First, undefine all macros associated with version.h
#undef DEBUG_VERSION
#undef RELEASE_VERSION
#undef INVALID_VERSION


// Define which version we want to use
#define DEBUG_VERSION       // The current version
// #define RELEASE_VERSION  // To be uncommented when finished debugging

#ifndef __VERSION_H_      /* prevent circular inclusions */
    #define __VERSION_H_  /* by using protection macros */
    void board_init();
    void noprintf(const char *c, ...); // mimic the printf prototype
#endif

// Mimics the printf function prototype. This is what I'll actually 
// use to print stuff to the screen
void (* zprintf)(const char*, ...); 

// If debug version, use printf
#ifdef DEBUG_VERSION
    #include <stdio.h>
#endif

// If both debug and release version, error
#ifdef DEBUG_VERSION
#ifdef RELEASE_VERSION
    #define INVALID_VERSION
#endif
#endif

// If neither debug or release version, error
#ifndef DEBUG_VERSION
#ifndef RELEASE_VERSION
    #define INVALID_VERSION
#endif
#endif

#ifdef INVALID_VERSION
    // Won't allow compilation without a valid version define
    #error "Invalid version definition"
#endif

在版本c中，我将定义版本h中的2个函数原型

版本.c

#include "version.h"

/*****************************************************************************/
/**
* @name board_init
*
* Sets up the application based on the version type defined in version.h.
* Includes allowing or prohibiting printing to STDOUT.
*
* MUST BE CALLED FIRST THING IN MAIN
*
* @return    None
*
*****************************************************************************/
void board_init()
{
    // Assign the print function to the correct function pointer
    #ifdef DEBUG_VERSION
        zprintf = &printf;
    #else
        // Defined below this function
        zprintf = &noprintf;
    #endif
}

/*****************************************************************************/
/**
* @name noprintf
*
* simply returns with no actions performed
*
* @return   None
*
*****************************************************************************/
void noprintf(const char* c, ...)
{
    return;
}

注意函数指针在版本.h中如何原型化为void（*zprintf）（constchar*，…）；当它在应用程序中被引用时，它将在其指向的任何位置开始执行，这一点尚未定义。在版本.c中，注意在board_init（）函数中，zprintf被分配了一个唯一的函数（其函数签名匹配），这取决于版本中定义的版本

运行代码将如下所示：

主程序c

#include "version.h"
#include <stdlib.h>
int main()
{
    // Must run board_init(), which assigns the function
    // pointer to an actual function
    board_init();

    void *ptr = malloc(100); // Allocate 100 bytes of memory
    // malloc returns NULL if unable to allocate the memory.

    if (ptr == NULL)
    {
        zprintf("Unable to allocate memory\n");
        return 1;
    }

    // Other things to do...
    return 0;
}

如果处于调试模式，上述代码将使用printf，如果处于发布模式，则不执行任何操作。这比浏览整个项目并注释或删除代码要容易得多。我所需要做的就是在版本.h中更改版本，其余的都由代码完成！

C中的函数指针

让我们从一个我们将要指向的基本函数开始：

int addInt(int n, int m) {
    return n+m;
}

首先，让我们定义一个指向接收2个int并返回一个int的函数的指针：

int (*functionPtr)(int,int);

现在我们可以安全地指出我们的功能：

functionPtr = &addInt;

现在我们有一个指向函数的指针，让我们使用它：

int sum = (*functionPtr)(2, 3); // sum == 5

将指针传递给另一个函数基本上是相同的：

int add2to3(int (*functionPtr)(int, int)) {
    return (*functionPtr)(2, 3);
}

我们也可以在返回值中使用函数指针（尽量跟上，这会变得很混乱）：

// this is a function called functionFactory which receives parameter n
// and returns a pointer to another function which receives two ints
// and it returns another int
int (*functionFactory(int n))(int, int) {
    printf("Got parameter %d", n);
    int (*functionPtr)(int,int) = &addInt;
    return functionPtr;
}

但使用typedef要好得多：

typedef int (*myFuncDef)(int, int);
// note that the typedef name is indeed myFuncDef

myFuncDef functionFactory(int n) {
    printf("Got parameter %d", n);
    myFuncDef functionPtr = &addInt;
    return functionPtr;
}

函数指针是包含函数地址的变量。由于它是一个指针变量，虽然有一些限制性的财产，您可以像使用数据结构中的任何其他指针变量一样使用它。

我能想到的唯一例外是将函数指针视为指向某个值以外的其他值。通过递增或递减函数指针或向函数指针添加/减去偏移量来执行指针运算实际上没有任何用处，因为函数指针只指向一个对象，即函数的入口点。

函数指针变量的大小、该变量所占用的字节数可能会根据基础架构（例如x32或x64或其他）而变化。

函数指针变量的声明需要指定与函数声明相同类型的信息，以便C编译器执行通常执行的检查。如果没有在函数指针的声明/定义中指定参数列表，C编译器将无法检查参数的使用。在某些情况下，这种缺乏检查可能是有用的，但请记住，安全网已被移除。

一些示例：

int func (int a, char *pStr);    // declares a function

int (*pFunc)(int a, char *pStr);  // declares or defines a function pointer

int (*pFunc2) ();                 // declares or defines a function pointer, no parameter list specified.

int (*pFunc3) (void);             // declares or defines a function pointer, no arguments.

前两个声明在以下方面有些相似：

func是一个接受int和char*并返回int的函数pFunc是一个函数指针，它被分配了一个函数的地址，该函数接受一个int和一个char*并返回一个int

因此，从上面我们可以得到一个源行，其中函数func（）的地址被分配给函数指针变量pFunc，如pFunc=func；中所示；。

注意与函数指针声明/定义一起使用的语法，其中括号用于克服自然运算符优先规则。

int *pfunc(int a, char *pStr);    // declares a function that returns int pointer
int (*pFunc)(int a, char *pStr);  // declares a function pointer that returns an int

几个不同的用法示例

函数指针用法的一些示例：

int (*pFunc) (int a, char *pStr);    // declare a simple function pointer variable
int (*pFunc[55])(int a, char *pStr); // declare an array of 55 function pointers
int (**pFunc)(int a, char *pStr);    // declare a pointer to a function pointer variable
struct {                             // declare a struct that contains a function pointer
    int x22;
    int (*pFunc)(int a, char *pStr);
} thing = {0, func};                 // assign values to the struct variable
char * xF (int x, int (*p)(int a, char *pStr));  // declare a function that has a function pointer as an argument
char * (*pxF) (int x, int (*p)(int a, char *pStr));  // declare a function pointer that points to a function that has a function pointer as an argument

可以在函数指针的定义中使用可变长度参数列表。

int sum (int a, int b, ...);
int (*psum)(int a, int b, ...);

或者根本不能指定参数列表。这可能很有用，但它消除了C编译器对提供的参数列表执行检查的机会。

int  sum ();      // nothing specified in the argument list so could be anything or nothing
int (*psum)();
int  sum2(void);  // void specified in the argument list so no parameters when calling this function
int (*psum2)(void);

C型脚轮

可以将C样式的强制转换与函数指针一起使用。但是要注意，C编译器可能对检查不严格，或者提供警告而不是错误。

int sum (int a, char *b);
int (*psplsum) (int a, int b);
psplsum = sum;               // generates a compiler warning
psplsum = (int (*)(int a, int b)) sum;   // no compiler warning, cast to function pointer
psplsum = (int *(int a, int b)) sum;     // compiler error of bad cast generated, parenthesis are required.

将函数指针与相等值进行比较

您可以使用if语句检查函数指针是否等于特定的函数地址，尽管我不确定这有多有用。其他比较运算符的实用性似乎更低。

static int func1(int a, int b) {
    return a + b;
}

static int func2(int a, int b, char *c) {
    return c[0] + a + b;
}

static int func3(int a, int b, char *x) {
    return a + b;
}

static char *func4(int a, int b, char *c, int (*p)())
{
    if (p == func1) {
        p(a, b);
    }
    else if (p == func2) {
        p(a, b, c);      // warning C4047: '==': 'int (__cdecl *)()' differs in levels of indirection from 'char *(__cdecl *)(int,int,char *)'
    } else if (p == func3) {
        p(a, b, c);
    }
    return c;
}

函数指针数组

如果你想有一个函数指针数组，其中每个元素的参数列表都有不同，那么你可以定义一个未指定参数列表的函数指针（不是void，这意味着没有参数，只是未指定），就像下面这样，尽管你可能会看到来自C编译器的警告。这也适用于指向函数的函数指针参数：

int(*p[])() = {       // an array of function pointers
    func1, func2, func3
};
int(**pp)();          // a pointer to a function pointer


p[0](a, b);
p[1](a, b, 0);
p[2](a, b);      // oops, left off the last argument but it compiles anyway.

func4(a, b, 0, func1);
func4(a, b, 0, func2);  // warning C4047: 'function': 'int (__cdecl *)()' differs in levels of indirection from 'char *(__cdecl *)(int,int,char *)'
func4(a, b, 0, func3);

    // iterate over the array elements using an array index
for (i = 0; i < sizeof(p) / sizeof(p[0]); i++) {
    func4(a, b, 0, p[i]);
}
    // iterate over the array elements using a pointer
for (pp = p; pp < p + sizeof(p)/sizeof(p[0]); pp++) {
    (*pp)(a, b, 0);          // pointer to a function pointer so must dereference it.
    func4(a, b, 0, *pp);     // pointer to a function pointer so must dereference it.
}

使用带有函数指针的全局结构的C样式命名空间

您可以使用static关键字指定一个名称为file scope的函数，然后将其分配给一个全局变量，以提供类似于C++的命名空间功能的功能。

在头文件中定义一个结构，该结构将是我们的命名空间以及使用它的全局变量。

typedef struct {
   int (*func1) (int a, int b);             // pointer to function that returns an int
   char *(*func2) (int a, int b, char *c);  // pointer to function that returns a pointer
} FuncThings;

extern const FuncThings FuncThingsGlobal;

然后在C源文件中：

#include "header.h"

// the function names used with these static functions do not need to be the
// same as the struct member names. It's just helpful if they are when trying
// to search for them.
// the static keyword ensures these names are file scope only and not visible
// outside of the file.
static int func1 (int a, int b)
{
    return a + b;
}

static char *func2 (int a, int b, char *c)
{
    c[0] = a % 100; c[1] = b % 50;
    return c;
}

const FuncThings FuncThingsGlobal = {func1, func2};

然后，通过指定全局结构变量的完整名称和访问函数的成员名称，可以使用该函数。常量修饰符用于全局，因此不会意外更改。

int abcd = FuncThingsGlobal.func1 (a, b);

功能指针的应用领域

DLL库组件可以做一些类似于C风格的命名空间方法的事情，在这种方法中，特定的库接口是从支持创建包含函数指针的结构的库接口中的工厂方法请求的。。此库接口加载请求的DLL版本，创建一个具有必要函数指针的结构，然后将该结构返回给请求调用方使用。

typedef struct {
    HMODULE  hModule;
    int (*Func1)();
    int (*Func2)();
    int(*Func3)(int a, int b);
} LibraryFuncStruct;

int  LoadLibraryFunc LPCTSTR  dllFileName, LibraryFuncStruct *pStruct)
{
    int  retStatus = 0;   // default is an error detected

    pStruct->hModule = LoadLibrary (dllFileName);
    if (pStruct->hModule) {
        pStruct->Func1 = (int (*)()) GetProcAddress (pStruct->hModule, "Func1");
        pStruct->Func2 = (int (*)()) GetProcAddress (pStruct->hModule, "Func2");
        pStruct->Func3 = (int (*)(int a, int b)) GetProcAddress(pStruct->hModule, "Func3");
        retStatus = 1;
    }

    return retStatus;
}

void FreeLibraryFunc (LibraryFuncStruct *pStruct)
{
    if (pStruct->hModule) FreeLibrary (pStruct->hModule);
    pStruct->hModule = 0;
}

这可用于：

LibraryFuncStruct myLib = {0};
LoadLibraryFunc (L"library.dll", &myLib);
//  ....
myLib.Func1();
//  ....
FreeLibraryFunc (&myLib);

相同的方法可以用于为使用底层硬件的特定模型的代码定义抽象硬件层。函数指针由工厂用硬件特定函数填充，以提供实现抽象硬件模型中指定的功能的硬件特定功能。这可以用于提供由软件使用的抽象硬件层，该软件调用工厂函数以获得特定的硬件功能接口。

用于创建委托、处理程序和回调的函数指针

您可以使用函数指针来委派某些任务或功能。C中的经典示例是与标准C库函数qsort（）和bsarch（）一起使用的比较委托函数指针，用于提供排序顺序，以便对项目列表进行排序或对已排序的项目列表执行二进制搜索。比较函数委托指定排序或二进制搜索中使用的排序算法。

另一种用法类似于将算法应用于C++标准模板库容器。

void * ApplyAlgorithm (void *pArray, size_t sizeItem, size_t nItems, int (*p)(void *)) {
    unsigned char *pList = pArray;
    unsigned char *pListEnd = pList + nItems * sizeItem;
    for ( ; pList < pListEnd; pList += sizeItem) {
        p (pList);
    }

    return pArray;
}

int pIncrement(int *pI) {
    (*pI)++;

    return 1;
}

void * ApplyFold(void *pArray, size_t sizeItem, size_t nItems, void * pResult, int(*p)(void *, void *)) {
    unsigned char *pList = pArray;
    unsigned char *pListEnd = pList + nItems * sizeItem;
    for (; pList < pListEnd; pList += sizeItem) {
        p(pList, pResult);
    }

    return pArray;
}

int pSummation(int *pI, int *pSum) {
    (*pSum) += *pI;

    return 1;
}

// source code and then lets use our function.
int intList[30] = { 0 }, iSum = 0;

ApplyAlgorithm(intList, sizeof(int), sizeof(intList) / sizeof(intList[0]), pIncrement);
ApplyFold(intList, sizeof(int), sizeof(intList) / sizeof(intList[0]), &iSum, pSummation);

另一个例子是GUI源代码，其中通过提供函数指针来注册特定事件的处理程序，该函数指针在事件发生时实际调用。Microsoft MFC框架及其消息映射使用类似的方法来处理传递到窗口或线程的Windows消息。

需要回调的异步函数类似于事件处理程序。异步函数的用户调用异步函数以启动某些操作，并提供一个函数指针，一旦操作完成，异步函数将调用该指针。在这种情况下，事件是完成其任务的异步函数。

我最喜欢的函数指针用途之一是迭代器-

#include <stdio.h>
#define MAX_COLORS  256

typedef struct {
    char* name;
    int red;
    int green;
    int blue;
} Color;

Color Colors[MAX_COLORS];


void eachColor (void (*fp)(Color *c)) {
    int i;
    for (i=0; i<MAX_COLORS; i++)
        (*fp)(&Colors[i]);
}

void printColor(Color* c) {
    if (c->name)
        printf("%s = %i,%i,%i\n", c->name, c->red, c->green, c->blue);
}

int main() {
    Colors[0].name="red";
    Colors[0].red=255;
    Colors[1].name="blue";
    Colors[1].blue=255;
    Colors[2].name="black";

    eachColor(printColor);
}

函数指针通常由typedef定义，并用作参数和返回值。

上面的答案已经解释了很多，我只举一个完整的例子：

#include <stdio.h>

#define NUM_A 1
#define NUM_B 2

// define a function pointer type
typedef int (*two_num_operation)(int, int);

// an actual standalone function
static int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}

// use function pointer as param,
static int sum_via_pointer(int a, int b, two_num_operation funp) {
    return (*funp)(a, b);
}

// use function pointer as return value,
static two_num_operation get_sum_fun() {
    return &sum;
}

// test - use function pointer as variable,
void test_pointer_as_variable() {
    // create a pointer to function,
    two_num_operation sum_p = &sum;
    // call function via pointer
    printf("pointer as variable:\t %d + %d = %d\n", NUM_A, NUM_B, (*sum_p)(NUM_A, NUM_B));
}

// test - use function pointer as param,
void test_pointer_as_param() {
    printf("pointer as param:\t %d + %d = %d\n", NUM_A, NUM_B, sum_via_pointer(NUM_A, NUM_B, &sum));
}

// test - use function pointer as return value,
void test_pointer_as_return_value() {
    printf("pointer as return value:\t %d + %d = %d\n", NUM_A, NUM_B, (*get_sum_fun())(NUM_A, NUM_B));
}

int main() {
    test_pointer_as_variable();
    test_pointer_as_param();
    test_pointer_as_return_value();

    return 0;
}

C中的函数指针可以用于在C中执行面向对象的编程。

例如，以下行用C编写：

String s1 = newString();
s1->set(s1, "hello");

是的，->和缺少新运算符是一个致命的漏洞，但这似乎意味着我们正在将某些String类的文本设置为“hello”。

通过使用函数指针，可以模拟C语言中的方法。

这是如何实现的？

String类实际上是一个带有一组函数指针的结构，用作模拟方法的方法。以下是String类的部分声明：

typedef struct String_Struct* String;

struct String_Struct
{
    char* (*get)(const void* self);
    void (*set)(const void* self, char* value);
    int (*length)(const void* self);
};

char* getString(const void* self);
void setString(const void* self, char* value);
int lengthString(const void* self);

String newString();

可以看出，String类的方法实际上是指向声明函数的函数指针。在准备String实例时，调用newString函数以设置指向其各自函数的函数指针：

String newString()
{
    String self = (String)malloc(sizeof(struct String_Struct));

    self->get = &getString;
    self->set = &setString;
    self->length = &lengthString;

    self->set(self, "");

    return self;
}

例如，通过调用get方法调用的getString函数定义如下：

char* getString(const void* self_obj)
{
    return ((String)self_obj)->internal->value;
}

需要注意的一点是，没有对象实例的概念，也没有方法实际上是对象的一部分，因此每次调用都必须传递一个“self-object”。（内部结构只是一个隐藏结构，它在前面的代码列表中被省略了——这是一种执行信息隐藏的方式，但这与函数指针无关。）

因此，与其能够执行s1->set（“hello”）；，必须传入对象才能对s1->set（s1，“hello”）执行操作。

由于这个小的解释必须传递给你自己一个引用，我们将转到下一部分，这是C语言中的继承。

假设我们要创建String的子类，比如ImmutableString。为了使字符串不可变，set方法将不可访问，同时保持对get和length的访问，并强制“构造函数”接受char*：

typedef struct ImmutableString_Struct* ImmutableString;

struct ImmutableString_Struct
{
    String base;

    char* (*get)(const void* self);
    int (*length)(const void* self);
};

ImmutableString newImmutableString(const char* value);

基本上，对于所有子类，可用的方法都是函数指针。这一次，set方法的声明不存在，因此不能在ImmutableString中调用它。

至于ImmutableString的实现，唯一相关的代码是“构造函数”函数newImmutableString:

ImmutableString newImmutableString(const char* value)
{
    ImmutableString self = (ImmutableString)malloc(sizeof(struct ImmutableString_Struct));

    self->base = newString();

    self->get = self->base->get;
    self->length = self->base->length;

    self->base->set(self->base, (char*)value);

    return self;
}

在实例化ImmutableString时，指向get和length方法的函数指针实际上引用String.get和String.length方法，方法是通过内部存储的String对象的基变量。

使用函数指针可以从超类继承方法。

我们可以进一步研究C。

例如，如果出于某种原因，我们希望将长度方法的行为更改为在ImmutableString类中始终返回0，那么所要做的就是：

添加将用作重写长度方法的函数。转到“构造函数”并将函数指针设置为重写长度方法。

在ImmutableString中添加重写长度方法可以通过添加lengthOverrideMethod来执行：

int lengthOverrideMethod(const void* self)
{
    return 0;
}

然后，构造函数中length方法的函数指针连接到lengthOverrideMethod：

ImmutableString newImmutableString(const char* value)
{
    ImmutableString self = (ImmutableString)malloc(sizeof(struct ImmutableString_Struct));

    self->base = newString();

    self->get = self->base->get;
    self->length = &lengthOverrideMethod;

    self->base->set(self->base, (char*)value);

    return self;
}

现在，长度方法将引用lengthOverrideMethod函数中定义的行为，而不是ImmutableString类中的长度方法与String类具有相同的行为。

我必须补充一句免责声明，我仍在学习如何在C语言中使用面向对象的编程风格进行编写，因此可能有一些点我没有很好地解释，或者在如何在C中最好地实现OOP方面可能是不正确的。但我的目的是试图说明函数指针的多种用途之一。

有关如何在C语言中执行面向对象编程的更多信息，请参阅以下问题：

C语言中的对象定向？你能用C语言编写面向对象的代码吗？