指针的艺术4——函数与指针

4. 函数 - 指针

函数和指针在 C/C++中都是非常常见的组合，指针用于传递函数参数、返回函数结果、作为函数的返回值。让程序设计更加灵活、高效；

4.1. 指针作为函数参数

4.1.1. 参数为变量

可以把指针作为函数的参数，从而在函数内部直接访问并且修改指针所指向的变量。

【练习】写一个函数实现交换 2 个变量的值。

#include <stdio.h>

void swap1(int, int);
void swap2(int *, int *);

int main()
{
	int a = 24, b = 18;
	swap1(a, b);
	printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
	
	swap2(&a, &b);
	printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
	
	return 0;
}

void swap1(int x, int y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

void swap2(int *pa, int *pb)
{
	int tmp = *pa;
	*pa = *pb;
	*pb = tmp;
}

a = 24, b = 18
a = 18, b = 24

上面代码编写了 2 个交换函数，参数个数相同但是类型不同，从输出结果可以看出swap2()函数完成了变量之间的数据交换，swap1()没有完成，原因如下：

• 值传递：swap1()函数的参数是普通变量，参数传递的是数值，传递过程实参会发生拷贝，实参赋值给形参，此时形参和实参变量对应的内存地址是不同的，在函数体内部交换的是形参的值，而不是外部实参的值。
• 地址传递：swap2()函数的参数是指针变量，参数传递的是地址，形参指针的指向和实参指针的指向是相同的，因此在函数体内部通过对形参指针进行解引用就能够掏他档间交换实参变量内部的数值了。

4.1.2. 参数为数组

数组名也可以作为函数参数，但是数组类型的形参最终会退化为指针。

#include <stdio.h>

void printArray(int *a, int n)
{
	for(int i = 0; i < n; i++)
		printf("%d ", a[i]);
	
	printf("\n");
}
int main()
{
	int a[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	int n = sizeof(a)/sizeof(int); // 数组长度
	
	printArray(a, n);
	// 问：a 是整个数组× or 数组首元素地址√

	return 0;
}

1 2 3 4 5 6 7 8 9

当数组作为函数参数时，形参需要指定为指针类型，通过形参指针指向实参数组的地址；

因为参数传递过来的是数组首元素的地址，所以不能在函数体内部通过运算符sizeof(形参)的方式计算数组内存大小，这样计算出的是形参指针自身占用的内存大小（4 或 8），而我们想要知道的是数组内存的大小进而推导出数组的长度。

所以我们需要给函数添加一个额外的整型参数用于标记这个数组的容量。

4.2. 指针做函数返回值

函数可以返回指针，这样就可以在函数外部获取指针所指向的数据。

注意：返回的指针指向的内存的生命周期。

返回局部数据（禁止使用）

#include <stdio.h>

int *getValue(int);

int main()
{
	int *result = getValue(33);
	printf("value = %d\n", *result);

	return 0;
}

int *getValue(int num)
{
	int number = num*2;
	return &number;
}

段错误 (核心已转储)

getValue 函数内部的 number 是一个局部变量，当 getValue 函数调用结束后，number 变量对应的存储空间会被释放掉，此时主调函数通过函数返回值拿到的地址就是非法的，这块地址随时可能被分配给其它东西并被写入新的值，所以我们通过指针取出的数据 [ 可能正确，也可能错误 ]。

返回全局数据（毫无意义）

《函数》专题的《全局变量 - 局部变量》章节提到：“全局变量的作用域默认整个程序”，所以它们在整个程序的执行期间都是有效的，全局变量对应的存储空间不会被释放掉。

#include <stdio.h>

int *getValue(int);
int a = 10;

int main()
{
	int *result = getValue(33);
	printf("value = %d\n", *result);

	return 0;
}

int *getValue(int num)
{
	a = num*2;
	return &a;
}

value = 66

代码中通过全局变量解决了变量内存生命周期问题，但是这样写没有任何意义可言，全局变量可以直接使用，完全不需要通过返回值的方式将其传递给主调函数，可以学习如何“动态申请存储空间”，这样函数返回指针就变得有意义了。

4.3. 函数指针

函数指针是指向函数的指针变了，可用于动态调用不同的函数。

#include <stdio.h>

int add(int a, int b)
{
	return a+b;
}

int sub(int a, int b)
{
	return a-b;
}
int main()
{
	// 定义函数指针，指向有2个整型参数、返回值为整型的函数
	int (*ptr)(int, int);
	ptr = &add;
	
	int result = (*ptr)(3, 4);
	printf("add: %d\n", result);
	
	ptr = &sub;
	result = (*ptr)(3, 4);
	printf("sub: %d\n", result);
	
	return 0;
}

代码中，定义了函数指针 ptr，ptr 指向一个具有 2 个整型参数且返回值为整型的函数。然后将 ptr 分别指向 add 和 sub 函数，然后使用函数指针调用相应的函数。

注意：对于函数指针变量，需要先用&函数名取得函数的地址再赋值给函数指针变量，在使用函数指针时需要使用解引用操作符对函数指针进行解引用(*ptr)(实参列表)；

然而实际开发中没那么麻烦，可以直接将函数名赋值给函数指针变量，直接使用ptr(实参列表)，编译器自动处理。

定义：int (*ptr)(int, int) = add;
使用：ptr(3, 4);

用途：实现回调机制；实现函数库；处理函数指针数组。

函数指针的类型必须与其指向的函数类型保持一致（包括返回值类型和参数类型）。