C++ - 关于函数指针的问题

C++ 函数指针详解

基础概念

函数指针是指向函数的指针变量，它存储的是函数的入口地址。在C++中，函数指针允许我们将函数作为参数传递、存储在数据结构中或从其他函数返回。

基本语法

// 声明一个函数指针
return_type (*pointer_name)(parameter_types);

// 示例
int (*funcPtr)(int, int);  // 指向接受两个int参数并返回int的函数的指针

优势

回调机制：允许在运行时决定调用哪个函数
灵活性：可以实现策略模式、插件架构等
解耦：调用者与被调用者可以完全分离
多态性：在C中实现类似面向对象的多态行为

类型

普通函数指针：指向普通函数
成员函数指针：指向类的成员函数
静态成员函数指针：指向类的静态成员函数（与普通函数指针类似）

应用场景

事件处理系统
排序算法中的比较函数
回调函数机制
动态库函数调用
状态机实现

常见问题与解决方案

问题1：函数指针类型不匹配

原因：函数签名与指针声明不匹配

int add(int a, int b) { return a + b; }
float (*funcPtr)(int, int) = add;  // 错误：返回类型不匹配

解决方案：确保函数指针类型与函数签名完全一致

int (*funcPtr)(int, int) = add;  // 正确

问题2：调用空指针

原因：未初始化的函数指针被调用

int (*funcPtr)(int, int);
funcPtr(1, 2);  // 未定义行为

解决方案：始终检查指针是否为空

if (funcPtr) {
    funcPtr(1, 2);
}

问题3：成员函数指针的特殊语法

原因：成员函数指针需要对象实例才能调用

class MyClass {
public:
    int method(int x) { return x * 2; }
};

int (MyClass::*memFuncPtr)(int) = &MyClass::method;
// memFuncPtr(5);  // 错误：需要对象实例

解决方案：通过对象实例调用

MyClass obj;
(obj.*memFuncPtr)(5);  // 正确

现代C++替代方案

std::function：更安全、更灵活的函数包装器

#include <functional>
std::function<int(int, int)> func = add;

Lambda表达式：匿名函数对象

auto lambda = [](int a, int b) { return a + b; };

函数对象（仿函数）：重载了operator()的类

struct Adder {
    int operator()(int a, int b) { return a + b; }
};
Adder adder;
adder(3, 4);

示例代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 普通函数
int add(int a, int b) { return a + b; }
int subtract(int a, int b) { return a - b; }

// 使用函数指针作为参数
void calculate(int a, int b, int (*operation)(int, int)) {
    std::cout << "Result: " << operation(a, b) << std::endl;
}

// 回调函数示例
void processArray(int* arr, int size, int (*process)(int)) {
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        arr[i] = process(arr[i]);
    }
}

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

int main() {
    // 基本函数指针使用
    int (*funcPtr)(int, int) = add;
    std::cout << "3 + 5 = " << funcPtr(3, 5) << std::endl;
    
    funcPtr = subtract;
    std::cout << "7 - 2 = " << funcPtr(7, 2) << std::endl;
    
    // 作为参数传递
    calculate(10, 5, add);
    calculate(10, 5, subtract);
    
    // 回调示例
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    processArray(arr, 5, square);
    for (int num : arr) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 用于标准算法
    std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};
    bool (*compare)(int, int) = [](int a, int b) { return a > b; };
    std::sort(vec.begin(), vec.end(), compare);
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    
    return 0;
}

函数指针是C/C++中强大的特性，虽然现代C++提供了更安全的替代方案，但理解函数指针对于维护旧代码和理解底层机制仍然非常重要。