【C语言进阶】C语言指针的高阶用法

相信大家当初学习C语言的时候，老师一定跟你说过这样的一句大实话：【**指针，是C语言的灵魂**】。

​ 笔者自出来工作以来，几乎天天都要跟C语言打交道，回过头来想一想，这话确实没有错。

​ 本文，打算从一个另类的角度，介绍下C语言指针的高级用法，通过本文的阅读，你将了解到以下知识：

• C语言的指针是什么？
• C语言指针的高级应用：函数指针
• 函数指针的具体应用示例

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C语言的指针是什么

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​ 指针是什么？相信所有的C语言教程，都会告诉你：【指针就是地址】。没错，的确是这么回事。C语言的指针就好比房屋的地址，只要有了地址，我们就可以访问到全世界的每一个角落。C语言的世界也是如此，地址就是一切，有了地址，就没有干不成的事情。

​ 在C语言里，如果想对一个int类型的变量a进行赋值操作，我们会这样写： a = 5；这样的形式，就是直接访问。对应的，我们有间接访问的方式，就是通过指针来实现。比如我们可以定义一个指针 int *b = &a； 指针b存放的是a变量的地址，我们通过这样: *b = 5；一样可以实现对a进行赋值操作，这就是间接访问的力量。

​ C语言的指针是灵活的，它不仅可以像如上代码一样，指向一个普通变量，它也可以指向一个结构体变量，甚至还可以指向一个函数名。原因就在于，函数名，在C语言的语法里，本质上就代表了函数的执行地址，说白了，它也是一个“指针”。而这，就是我们以下要详细介绍的【函数指针】。

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C语言指针的高级应用：函数指针

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​ 【函数指针】，顾名思义，就是一个指向函数的指针，它的本质还是一个指针，只不过这个指针指向的内容是一个函数。

​ 在讲解【函数指针】之前，我们先假设有若干个函数，它们的原型定义如下所示：

int test_function_1(int arg);
int test_function_2(int arg);
int test_function_3(int arg);
...
int test_function_n(int arg);

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​ 从函数原型上我们可以知道，这些个函数都是接收一个int类型的形参，返回值类型为int型。从原型上看，这几个函数几乎是一模一样，那么我们有没有方法可以将这些原型一致的函数重新整理定义呢？答案肯定是，有的。

​ 追求高效、简洁的C语言就我们提供了一个非常有用的关键字typedef，通过typedef我们可以重新创造出一个新的数据类型，而不再局限于C语言的基本数据类型。比如我们就可以利用typedef定义一个叫形如上述函数原型的【函数指针】数据类型，它的写法如下所示：

typedef int (*FUNCTION)(int arg);

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​ 从定义上看，因为()拥有最高优先级，所以*FUNCTION首先结合在一起，这就决定了它是一个指针。接着，*FUNCTION的后面接上了(int arg)，这就是函数的入参；而前面的int 就表示函数的返回值。这就是【函数指针】的原型定义。

​ 【函数指针】最为一种特殊的指针，自然它也是要指向内容才能使用的，毫无疑问，它就是要指向对应原型的函数。具体怎么使用呢？

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函数指针的具体应用示例

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​ 【函数指针】这种高阶用法，可能有些人用得比较少，但是如果你阅读过类似openssl这样的大型C语言编写的开源代码之后，相信你一定会感叹：原来，C语言的指针还能这么用！！！

​ 有了【函数指针】的利器，我们就可以用它来大做文章，请看以下示例代码：

int test_function_1(int arg)
{
    printf("This msg is printed form %s ...\n", __func__);
    return arg;
}

int test_function_2(int arg)
{
    printf("This msg is printed form %s ...\n", __func__);
    return arg;
}

int test_function_3(int arg)
{
    printf("This msg is printed form %s ...\n", __func__);
    return arg;
}

typedef int (*FUNCTION)(int arg);

int function_pointer_test_1(void)
{
    int ret;
    int arg = 1;
    FUNCTION func = NULL;        //定义个函数指针

    func = test_function_1;     //把函数指针指向test-function-1
    //ret = test_function_1(arg); //通过函数名直接调用test-function-1函数
    ret = func(arg);            //通过函数指针间接调用test-function-1函数

    func = test_function_2;     //把函数指针指向test-function-2
    //ret = test_function_2(arg); //通过函数名直接调用test-function-2函数
    ret = func(arg);            //通过函数指针间接调用test-function-2函数

    func = test_function_3;     //把函数指针指向test-function-3
    //ret = test_function_3(arg); //通过函数名直接调用test-function-3函数
    ret = func(arg);            //通过函数指针间接调用test-function-3函数

    return 0;
}

int function_pointer_test_2(void)
{
    int ret;
    int arg = 1;
    int i = 0;
    FUNCTION func = NULL;       //定义个函数指针
    FUNCTION func_array[] =     //定义一组函数列表
    {
        test_function_1,
        test_function_2,
        test_function_3,
    };

    //终极大招，循环处理3个函数的间接调用
    for (i = 0; i < sizeof(func_array); i ++) {
        func = func_array[i]; //把函数指针指向对应的函数
        ret = func(arg);      //通过函数指针间接调用对应的函数
    }

    return 0;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    function_pointer_test_1();
    function_pointer_test_2();  

    /*
    结果输出，两个function_pointer_test函数均有同样的输出结果：
    This msg is printed form test_function_1 ...
    This msg is printed form test_function_2 ...
    This msg is printed form test_function_3 ...
    */

    return 0;
}

/*
总结：
虽然通过两个调用的方式，输出结果是一致的，但是显然方式2的处理更为高效、简洁；
从代码的字里行间，仿佛看到C语言的“多态”：将不同的函数名赋值给同一个函数指针变量；
使用同一个函数指针发起函数调用，得到不一样的结果输出，这不就是多态吗？
*/

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oLznHZnb-1661923373260)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]

​ 通过如上的示例代码，C语言的【多态】你get到了吗？

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​ 千万不要小瞧了上面的示例代码，如果你能熟练掌握其中的【指针精髓】，再去阅读一些业内广泛使用的C语言编写的开源项目源码，比如大名鼎鼎的openssl；相信阅读之后，你的C语言功力一定会大大地提升。

​ 不过，值得注意的是，文中的示例代码均是笔者在非编程环境下编写，属于【白板编程】，难免会出现编写错误、编译不过、或执行结果不正确的情况；还请细心的读者诚心指正，感激不尽。

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延伸阅读预告：

为充实C语言的指针知识，笔者将会在后续的文章中整理大名鼎鼎的C语言巨著《C和指针》，敬请期待。

审核编辑：汤梓红