C++函数指针学习

使用函数指针的优点

使用函数指针有助于我们设计出更优秀，更简洁更高效的程序。在下面的情景中我们常用到函数指针:

  • 使用函数指针作为参数
  • 使用函数指针作为返回值
  • 使用函数指针作为回调函数
  • 使用函数指针数组
  • 类的静态方法和非静态方法的函数指针
  • 使用函数指针实现动态绑定
  • 在结构体中定义函数

使用函数指针提高函数的效率

当通过switch case多用多个相同类型的函数的时候，这个时候使用函数指针可以大大简化函数代码并可以明显的提高程序的执行效率。例:

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#include <iostream>
#include <time.h>
#include <string>
#include <sys/time.h>
using namespace std;
#define StartTime(id)  struct timeval __now1105##id;\
                       gettimeofday(&__now1105##id, 0);
#define EndTime(id) struct timeval __now21105##id; \
					      gettimeofday(&__now21105##id, 0); \
						printf("timer_%s spend time:%d us\n",#id,(__now21105##id.tv_sec-__now1105##id.tv_sec)* 1000000 + (__now21105##id.tv_usec-__now1105##id.tv_usec));
double add(double a, double b) {
	return a + b;
}
double sub(double a, double b) {
	return a - b;
}
double multi(double a, double b) {
	return a * b;
}
double div(double a, double b) {
	return a/b;
}
typedef double (*op)(double, double);
void func1(double a, double b, int flag) {
	switch(flag) {
		case 0:
			add(a, b);
			break;
		case 1:
			sub(a, b);
			break;
		case 2:
			multi(a, b);
			break;
		case 3:
			div(a, b);
			break;
		default:
			break;
	}
}
//使用函数指针调用函数
void func2(double a, double b, op cb) {
	cb(a, b);
}
int main() {
	StartTime(func1);
		for (int i = 0; i < 100000; i++) {
			func1(0.2, 0.034, 3);
		}
	EndTime(func1);
	StartTime(func2);
		for (int i = 0; i < 100000; i++) {
			func2(0.2, 0.034, multi);
		}
	EndTime(func2);
}

由上面可以看出,由于上述switch,case中调用的函数类型（返回值类型，参数个数以及对应的类型）完全一致，我们将函数指针以参数的形式传到处理函数中。
运行上述函数的结果如下:

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timer_func1 spend time:2861 us
timer_func2 spend time:2178 us

可以看出使用函数指针的效率远远高于switch case

函数指针用做回调函数

来源于wiki
在计算机程序设计中，回调函数是指通过函数参数传递到其他代码的，某一块可执行代码的引用。这一设计允许底层代码调用在高层定义的子程序。如Linux C中的signal函数就是这样一个例子。

signal底层的其中一个实现版本如下:由其实现可以看出信号处理的回调函数的主要功能是将处理信号的函数指针替换为用户高层自定义的函数地址fun，从而达到当接收到该信号时底层代码调用高层定义代码的效果。

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Sigfunc *
signal(int signo, Sigfunc *func)
{
	struct sigaction	act, oact;
	act.sa_handler = func;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags = 0;
	if (signo == SIGALRM) {
#ifdef	SA_INTERRUPT
		act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
#endif
	} else {
		act.sa_flags |= SA_RESTART;
	}
	if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
		return(SIG_ERR);
	return(oact.sa_handler);
}

当我们使用signal函数的时候,如下：

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#include <signal.h>
#include <stdio.h>
void signalcb(int signum) {
  printf("this is the signal:%d", signum);
}
int main() {
  signal(SIGINT, signalcb);
  pause();
  return 0;
}

函数指针的本质及声明方法以及赋值

函数指针的本质

函数指针类似于数据指针，其本质实质上是一类函数（返回值类型相同，参数个数以及对应的参数类型相同）的入口地址，即该可执行代码在内存中的起始地址。函数指针可以让我们通过函数地址去调用该函数。有利于实现函数的动态绑定，即在运行时才决定去调用哪个函数。

函数指针的声明方法

函数指针的声明方法有两种，包括:

  • 普通函数的函数指针和类静态成员函数的函数指针
  • 类非静态成员函数的函数指针

普通函数的函数指针和类静态成员函数的函数指针:
int (funptr)(int qa, int qb);
类非静态成员函数的函数指针：
int MyClass::(funptr)(int qa, int qb);

注意上述函数指针声明时(*funptr)中的括号不能省略，若省略，有可能会产生歧义，其意义就变成了返回值为int*的函数定义了

上述两种函数指针声明不兼容的原因如下:(《深度探索C++对象模型》)
获取类的静态和非静态函数的函数指针的地址都是其在内存中实际的地址。那为什么非静态成员的指针需要绑定(指明类)？原因是类的非静态成员需要操作类的数据成员,所以类的非静态成员需要绑定this指针找到类的数据成员。故对nonstatic函数取地址是不完整的。

函数指针的赋值与使用

函数指针赋值

对于普通指针和类的静态成员指针，有两种赋值方式:

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funptr = fnc1
funptr = &fun1

对于类的非静态成员指针，只能用上面第二种形式赋值。为了保证形式的一致性和避免二义性，一般统一使用取地址符号进行赋值可避免错误出现。

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funptr = &classInstance.func();

函数指针使用

函数指针的使用类似于赋值。
对于普通指针和类的静态成员函数指针的调用，有两种调用方式:

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funptr(1,2);
(*funptr)(1,2);

对于类的静态成员函数，只能用上述第二种方式进行调用，为了保持一致性和避免二义性，一般统一使用使用*来解引用函数指针进行调用.

函数指针作为参数

函数指针是一个类型，将函数指针作为参数传入函数中与其他参数类似。使用方式与上述函数指针用做回调函数中signal接收参数的方式相同。这里不再详解

函数指针作为返回值

既然函数指针是函数的入口地址,所以函数指针也可以作为函数的返回值返回。不过函数指针作为函数的返回值的写反比较复杂。
若一个函数func只有一个参数int, 其返回值类型是float (*) (float, float)；则其函数原型如下:

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float (*func(int op)) (float, float);

函数指针作为函数返回值的原则是,将函数名以及参数写到*后，函数指针的返回值放在最前面，函数指针的参数放在最后面。

由上面的知识我们可以分析一下signal函数原型。

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void (*signal)(int signo,void (*func)(int)))(int);

其定义了一个有两个参数分别为int和void (func)(int)，返回值为void (func)(int)的函数。

其本质上是将函数处理指针替换为用户自定义的函数指针。那为什么需要返回值为void (func)(int)呢?原因是*signal函数的返回值是旧的信号处理函数的指针，我们可以通过这个指针暂时改变signal函数处理信号的方式。之后可以通过返回的指针恢复该信号默认的处理方式。

注意:signal的信号处理其函数中的int参数的含义是:当信号到达的时候,内核将该信号以整形的方式传给处理器函数，即为void (*func)(int sig)中的sig.

使用typedef定义函数指针

一般情况下，如果通过普通的方式定义函数指针，在使用的很不方便。这个时候我们可以通过typedef定义函数指针的新类型。通过typedef定义新类型时与普通类型定义新类型方式不同。对于普通类型，定义方式如下:

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typedef int64_t int64;

但是对于函数指针，定义方式如下:

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//此处定义个名字为func的类型,它表示函数指针float (*func)(float, float)类型
typedef float (*func)(float, float);
float function(float a, floatb);
//使用func定义变量
func test = &function;