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 74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：

// 一个例子函数
    int func(int a) {
    	return a+1;
    }
    
    typedef int (*func_type) (int); // typedef定义函数指针类型
    using func_type_other = int (*) (int);  // using定义指针类型语法
    
    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
    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
    
    cout << ptr2(1); // 输出2
    cout << ptr3(2); // 输出3
    
    // 函数指针作为参数使用
    void call_func(func_type one_func) {
    	cout << "call_func: " << one_func(5) << endl; // 输出 6
    }
    
    call_func(func); // 直接传入函数名
    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);

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。

// 例子函数
    int func(int a) {
    	return a+1;
    }
    
    typedef decltype(func) *func_type_two;
    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
    
    func_type_two ptr4 = func;
    // func_type_thress ptr4 = func;
    cout << ptr4(6);
    
    // 函数指针作为参数使用
    void call_func(func_type one_func) {
    	cout << "call_func: " << one_func(5) << endl; // 输出 6
    }
    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。

// 例子函数
    int func(int a) {
    	return a+1;
    }
    
    auto *ptr5 = func;
    auto ptr6 = func;
    auto ptr7 = &func; // ptr5, ptr6, ptr7都是同样类型的函数指针
    
    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
    ptr8(8);
    call_func(ptr8);

## 函数引用，效果等同函数指针（定义方式4） ##

// 例子函数
    int func(int a) {
    	return a+1;
    }
    
    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
    ptr8(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。

template <typename T>
    using Compare = bool (*) (T&, T&);
    
    template <typename T>
    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。