C++中的函数类型（1）：函数指针

素颜马尾好姑娘i 2024-03-26 14:36 161阅读 0赞

在C++中如何传递一个函数，比如作为类或者其他函数的参数。
需要有表示函数的类型，有几个种不同的方式。
本来想把所有函数类型总结一下，函数指针整理完了，零零碎碎的就不少，分几篇吧。

函数指针

从c语言继承来的方式，最基本也是最本质的表示函数类型的方式。
函数就是一些连续的指令，程序加载到内存中后，本质上一个内存地址表示函数入口。
程序运行时调用函数，准备好参数堆栈、寄存器后，跳转到函数入口地址，开始执行相应的逻辑。
执行完成后，清理堆栈、保存数据，返回调用方。

相较其他方式，函数指针类型定义不是很直观。优点是，不依赖于已有函数（参照下面集中定义方式），最直接的定义方式。
对人来说可读性稍差，对编译器比较直接。

示例代码

上示例代码，看下面的说明：

  1. // 一个例子函数
  2. int func(int a) {
  3.     return a+1;
  4. }
  6. typedef int (*func_type) (int); // typedef定义函数指针类型
  7. using func_type_other = int (*) (int);  // using定义指针类型语法
  9. func_type ptr2 = func; // 给函数指针赋值，指向具体函数，函数名本身就是指针
  10. func_type ptr3 = &func; // 给函数指针赋值，指向具体函数，对函数名去地址操作，效果等同直接用函数名
  12. cout << ptr2(1); // 输出2
  13. cout << ptr3(2); // 输出3
  15. // 函数指针作为参数使用
  16. void call_func(func_type one_func) {
  17.     cout << "call_func: " << one_func(5) << endl; // 输出 6
  18. }
  20. call_func(func); // 直接传入函数名
  21. call_func(ptr2); // 传入函数指针

定义函数指针基础步骤（定义方式1）

1）首先写一个函数原型的声明，上面的例子就是：
int func(int a);
2）把函数名用括号括起来，然后把函数名替换成“*类型名”，其他不变。
输入参数，只提供类型，参数名可有可无。
int (*func_type) (int a);
3）前面加上typedef：
typedef int (*func_type) (int a);

  1. 大功告成，func_type就是要定义的函数指针类型，可以定义函数指针的变量或参数。

说明

a）typedef声明中，类型前面的星号*是必需的，只有指针类型才能和函数名代表的地址类型匹配。
b）函数名（func）和对函数名取地址操作（&func），等效。
c）定义步骤中，1）和2）按先后顺序，3）步放在哪里都可以。

用decltype声明函数指针（定义方式2）

通过使用C++新增的decltype可以简化函数指针定义，前提是有一个同类型的函数。
如果是开发函数库时，在没有函数的情况下，定义一个接口类型，就只能用上面的方式去定义了。

  1. // 例子函数
  2. int func(int a) {
  3.     return a+1;
  4. }
  6. typedef decltype(func) *func_type_two;
  7. using func_type_thress = decltype(func)*; // 注意末尾星号*，func_type_thress和func_type_two完全等价，只是新旧语法差异
  9. func_type_two ptr4 = func;
  10. // func_type_thress ptr4 = func;
  11. cout << ptr4(6);
  13. // 函数指针作为参数使用
  14. void call_func(func_type one_func) {
  15.     cout << "call_func: " << one_func(5) << endl; // 输出 6
  16. }
  17. call_func(ptr4); // 可以调用，说明不同方式定义的函数指针类型相同

说明

a）类型前面的星号*是必需的，使用方式和前面的一样。
b）使用把ptr4传递给call_func，检验不同方式定义的函数指针类型相同。
其实，只要是能把函数名赋值给函数指针，就说明是相同的类型。

用终极必杀auto声明函数指针（定义方式3）

搞不定了就用auto兜底。同样，需要现有一个参考函数。对于直接定义参数类型的不合适。
适用于在代码处理过程中，存储或者传递一个函数指针。
写起来简单，对于不熟悉代码逻辑的人，可读性并不好。

  1. // 例子函数
  2. int func(int a) {
  3.     return a+1;
  4. }
  6. auto *ptr5 = func;
  7. auto ptr6 = func;
  8. auto ptr7 = &func; // ptr5, ptr6, ptr7都是同样类型的函数指针
  10. auto &ptr8 = func; // ptr8是函数的引用，编译器内部处理函数引用和指针一样，通过下面的调用可以验证
  11. ptr8(8);
  12. call_func(ptr8);

函数引用，效果等同函数指针（定义方式4）

  1. // 例子函数
  2. int func(int a) {
  3.     return a+1;
  4. }
  6. auto &ptr8 = func; // ptr8是函数的引用，编译器内部处理函数引用和指针一样，通过下面的调用可以验证
  7. ptr8(8);
  8. call_func(ptr8);

using定义模板类型指针

这中能力用typedef无法实现，但又是模板库中是基本能力。应该优先使用using语法。

  1. template <typename T>
  2. using Compare = bool (*) (T&, T&);
  4. template <typename T>
  5. void sort(vector<T> vec, Compare<T> compare);

总结

后续新增的各种“语法糖”简化了定义方式，本质上行最基础的定义方式是一致的。
关键要明白指针指向函数入口地址的本质，其他的只是辅助编译器识别函数指针的类型，包括输入、输出类型。

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