C語言：分清函數指標和指標函數

關於指標和數組斬不斷理還亂的恩怨還真是說了不少，不過現在應該已經理清了。有了上一講的基礎，本講的內容相對來說就比較容易理解了。

1．指向函數的指標(函數指標)

來分析這樣一個聲明，void (*f) ( ); 雖然()的優先順序高於*，但由於有括弧存在，首先執行的是解引用，所以f是一個指標；接下來執行( )，表明f指向一個函數，這個函數不返回任何值。現在得出結論：f是一個指向不接受參數且不返回任何值的函數的指標，簡稱函數指標(pointer to function)。

對比一下int(*p) [100]，p是一個指向含有100個整型元素的數組的指標，它們有一個共同的特點：指標聲明符(*)和標識符(f或p)都被限制在一個括弧中，由於括弧的優先順序是最高的，所以我們從標識符開始由內向外分析，即可得到以上結果。

<1>．初始化

注意指向函數的指標(函數指標)指向的是函數而非普通的變數，它所指向的函數也是有特定類型的，函數的類型由它的傳回值類型以及形參列表確定，和函數名無關。對函數指標初始化時可以採用相同類型函數的函數名或函數指標(當然還有零指標常量)。假如有函數void test ( )，int wrong_match (int)和函數指標void (*ptf) ( )。

下面的初始化是錯誤的，因為函數指標的類型與函數的類型不符：

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指標。C語言規定函數名會被轉換為指向這個函數的指標，除非這個函數名作為 &
操作符或sizeof操作符的運算元(注意：函數名用於sizeof的運算元是非法的)。也就是說f
= test;中test被自動轉換為&test，而f= &test;中已經顯示使用了&test，所以test就不會再發生轉換了。因此直接引用函數名等效於在函數名上應用 & 運算子，兩種方法都會得到指向該函數的指標。

<2>．通過函數指標調用函數

通過函數指標調用函數可以有兩種方法，直接使用函數指標或在函數指標前使用解引用運算子，如下所示：

f = test;

ptf = test;

f ( );

(*f) ( );   //指標兩側的括弧非常重要，表示先對f解引用，然後再調用相應的函數

ptf ( );

(*ptf) ( );  //括弧同樣不能少

以上語句都能達到調用test函數的作用。ANSI C標準將f ( )認為是(*f)( )的簡寫形式，並且推薦使用f ( )形式，因為它更符合函數調用的邏輯。要注意的是：如果指向函數的指標沒有初始化，或者具有0值(零指標常量)，那麼該指標不能在函數調用中使用。只有當指標已經初始化，或被賦值後指向某個函數才能安全地用來調用函數。

<3>．探究函數名

現在有如下程式：

#include<stdio.h>

 

voidtest( )

{

    printf("test called!/n");

}

 

int main()

{

    void (*f) ( );

    f = test;

    f ( );

    (*f)( );

    //test++;              // error，標準禁止對指向函數的指標進行自增運算

          //test = test + 2;        //error，不能對函數名賦值，函數名也不能用於進行算術運算

          printf("%p/n", test);

          printf("%p/n", &test);

          printf("%p/n", *test);

  return 0;

}

在我機器上的運行結果為：

test called!

test called!

004013EE

004013EE

004013EE

這個程式中較難理解的是3個輸出語句都可以得到函數的入口地址。首先來看函數名test，它與數組名類似(注意：只是類似)，是一個符號用來標識一個函數的入口地址，在使用中函數名會被轉換為指向這個函數的指標，指標的值就是函數的入口地址，&test在前面已經說了：顯示擷取函數的地址。對於*test，可以認為由於test已經被轉換成了函數指標, 指向這個函數，所以*test就是取這個指標所指向的函數名，而又根據函數名會被轉換指向該函數的指標的規則，這個函數也轉變成了一個指標，所以*test最終也是一個指向函數test的指標。對它們採用%p格式項輸出，都會得到以16進位數表示的函數test的入口地址。注意函數的地址在編譯期是未知的，而是在連結時確定的。

2．返回指標的函數(指標函數)

類比指標數組(還記得嗎)，理解指標函數將會更加輕鬆。所謂指標函數，就是返回指標的函數，函數可以不返回任何值，也可以返回整型值，實型值，字元型值，當然也可以返回指標值。一個指標函數的聲明：int *f(int i, int j); 回想一下指標數組的聲明：char *cars[10];同樣的把它寫成好理解的形式(非業界慣例)int* f(int i, int j);這樣一來已經十分明了了，由於( )的優先順序高於*，因此f先與()結合，所以f是一個具有兩個int型參數，返回一個指向int型指標的函數。

C語言的庫函數中有很多都是指標函數，比如字串處理函數，下面給出一些函數原型：

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 );

注意函數的傳回值不僅僅局限於指向變數的指標，也可以是指向函數的指標。初遇這種函數的聲明可能會痛苦一點兒，但練習兩三次應該是可以理解並掌握的。首先來看這個聲明：int (*function(int)) (double*,char); 要瞭解此聲明的含義，首先來看function(int)，將function聲明為一個函數，它帶有一個int型的形式參數，這個函數的傳回值為一個指標，正是我們本將開頭講過的函數指標int (*) (double*, char);這個指標指向一個函數，此函數返回int型並帶有兩個分別是double*型和char型的形參。如果使用typedef可以將這個聲明簡化：

typedef  int (*ptf) (double*, char);

ptf  function(int );

要說明一下，對於typedef  int (*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，於是會處於迷茫狀態。實際上，上面的語句把ptf定義為一種函數指標類型的別名，它和函數指標類型int
(*) (double*, char);等價，也就是說ptf現在也是一種類型。

3．函數指標和指標函數的混合使用

函數指標不僅可以作為傳回值類型，還可以作為函數的形式參數，如果一個函數的形參和傳回值都是函數指標，這個聲明看起來會更加複雜，例如：

void (*signal (int sig, void (*func) (intsiga)) ) ( int siga );看上去確實有些惱人，我們來一步一步的分析。現在要分析的是signal，因為緊鄰signal的是優先順序最高的括弧，首先與括弧結合，所以signal為一個函數，括弧內為signal的兩個形參，一個為int型，一個為指向函數的指標。接下來從向左看，*表示指向某對象的指標，它所處的位置表明它是signal的傳回值類型，現在可以把已經分析過的signal整體去掉，得到void (*) (
int siga )，很清晰了吧。又是一個函數指標，這個指標與signal形參表中的第二個參數類型一樣，都是指向接受一個int型形參且不返回任何值的函數的指標。同樣地，用typedef可以將這個聲明簡化：

typedef void (*p_sig) (int);

p_sig signal(int sig, p_sig func);

這個signal函數是C語言的庫函數，在signal.h中定義，用來處理系統中產生的訊號，是UNIX/Linux編程中經常用到的一個函數，所以在此單獨拿出來講解一下。

4．函數指標數組

還有一種較為常用的關於函數指標的用法——函數指標數組。假設現在有一個檔案處理常式，通過一個功能表按鈕來選擇相應的操作(開啟檔案，讀檔案，寫檔案，關閉檔案)。這些操作都實現為函數且類型相同，分別為：

void open( );

void read( );

void write( );

void close( );

現在定義一個函數指標類型的別名PF：typedefvoid (*PF) ( );把以上4種操作取地址放入一個數組中，得到：

PF file_options[ ] = {

                 &open,

                 &read,

                 &write,

                 &close

};

這個數組中的元素都是指向不接受參數且不返回任何值的函數的指標，因此這是一個函數指標數組。接下來，定義一個函數指標類型的指標action並初始化為函數指標數組的第一個元素：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;，這裡PF相當於int，這樣應該比較好懂了。通過對指標action進行下標操作可以調用數組中的任一操作，如：action[2]( )會調用write操作，以此類推。在實際中，指標action可以和滑鼠或者其他GUI對象相關聯，以達到相應的目的。

5．關於指標的複雜聲明

第4點中的函數指標數組採用了typedef來聲明，這是應該提倡的方法，因為它可讀性更高。如果不使用typedef，那麼分析起來就會比較複雜，結果是void (*file_options[ ]) ( );對於C語言的複雜聲明我不想講太多，因為在實際中用到的機會並不多，並且推薦大家多用typedef來簡化聲明的複雜度。對於分析複雜聲明有一個極為有效方法——右左法則。右左法則的大致描述為：從未定義的變數名開始閱讀聲明，先向右看，然後向左看。當遇到括弧時就調轉閱讀的方向。括弧內的所有內容都分析完畢就跳出括弧。這樣一直繼續下去，直到整個聲明都被分析完畢。來分析一個的例子：int
* (* (*fp) (int) ) [10]; 

閱讀步驟：

1．從未定義的變數名開始閱讀 --------------------------------------------fp

2．往右看，什麼也沒有，遇到了)，因此往左看，遇到一個* ------ 一個指向某對象的指標

3．跳出括弧，遇到了(int) ----------------------------------- 一個帶一個int參數的函數

4．向左看，發現一個* --------------------------------------- （函數）返回一個指向某對象的指標

5．跳出括弧，向右看，遇到[10] ------------------------------ 一個10元素的數組

6．向左看，發現一個* --------------------------------------- 一個指向某對象指標

7．向左看，發現int -----------------------------------------int類型

所以fp是指向函數的指標,該函數返回一個指向數組的指標，此數組有10個int*型的元素。

對此我不再多舉例了，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]) ( );