C++ 函数指针

C++函数指针

函数指针是C++中指向函数的指针变量，它允许程序动态调用函数，是实现回调机制、事件处理等高级功能的核心工具。本章将详细介绍函数指针的声明、初始化、调用方法以及实际应用场景。

基本概念

函数指针存储的是函数的入口地址，通过该指针可以间接调用函数。其核心特点包括：

• 类型由返回值类型和参数列表共同决定
• 可像普通函数一样进行调用
• 支持赋值操作（指向同类型的其他函数）

声明与初始化

函数指针的声明语法如下：

返回类型 (*指针变量名)(参数类型列表);

示例声明一个指向无返回值、接受两个int参数的函数指针：

void (*funcPtr)(int, int);

初始化示例：

void printSum(int a, int b) {
    std::cout << "Sum: " << (a + b) << std::endl;
}

// 初始化函数指针
funcPtr = &printSum;  // &可选，函数名本身会退化为指针

调用函数指针

函数指针可通过两种方式调用：

// 方式1：显式解引用
(*funcPtr)(3, 4);

// 方式2：直接调用（语法糖）
funcPtr(3, 4);

输出均为：

Sum: 7

类型别名简化

使用typedef或using可简化复杂声明：

// C风格
typedef void (*PrintFunc)(int, int);

// C++11风格
using PrintFunc = void(*)(int, int);

PrintFunc ptr = printSum;  // 更清晰的声明

实际应用案例

回调函数

函数指针常用于实现回调机制。例如排序算法中的比较函数：

bool ascending(int a, int b) { return a > b; }
bool descending(int a, int b) { return a < b; }

void sortArray(int arr[], int size, bool (*compare)(int, int)) {
    // 使用compare指针调用不同的比较函数
    for(int i=0; i<size-1; i++)
        for(int j=i+1; j<size; j++)
            if(compare(arr[i], arr[j]))
                std::swap(arr[i], arr[j]);
}

// 使用示例
int main() {
    int arr[] = {3,1,4,2};
    sortArray(arr, 4, ascending);  // 升序排序
    // arr变为 {1,2,3,4}
}

函数指针数组

将多个相关函数组织为数组，实现状态机或命令模式：

void start() { std::cout << "Starting...\n"; }
void stop() { std::cout << "Stopping...\n"; }
void pause() { std::cout << "Pausing...\n"; }

int main() {
    void (*commands[])() = {start, stop, pause};
    
    int choice = 0;
    std::cin >> choice;
    if(choice >=0 && choice <3)
        commands[choice]();  // 根据输入调用不同函数
}

高级主题

成员函数指针

指向类成员函数的指针有特殊语法：

class MyClass {
public:
    void method(int x) { std::cout << x*2 << std::endl; }
};

int main() {
    void (MyClass::*memPtr)(int) = &MyClass::method;
    MyClass obj;
    (obj.*memPtr)(5);  // 输出：10
}

C++11函数对象

现代C++更推荐使用std::function：

#include <functional>
void greet() { std::cout << "Hello!\n"; }

int main() {
    std::function<void()> func = greet;
    func();  // 输出：Hello!
}

内存模型图示

graph LR A[函数指针变量] -->|存储地址| B[函数代码段] B --> C[机器指令1] B --> D[机器指令2] B --> E[...]

注意事项

• 确保指针非空再调用
• 参数/返回值类型必须严格匹配
• 成员函数指针与普通函数指针不兼容
• 现代C++中优先考虑类型安全的std::function

性能考量

函数指针调用比直接调用稍慢（通常1-3个时钟周期），但在大多数场景下差异可忽略。其灵活性带来的设计优势通常远大于微小性能开销。

通过掌握函数指针，开发者可以构建更加灵活和可扩展的代码结构，特别是在需要运行时决定函数行为的场景中表现出色。