C函数指针

C - 函数指针
1 简介
C语言中，函数指针有着灵活和广泛地用途(C++中，就更加的灵活了，这里我们就先总结一下C中的用法)，在这里总结一下它的一些用法。函数代码被加载在内存中后，也具有它的地址，即函数地址，函数指针是一个指针变量，它的值可以指向某个函数的地址，在调用的时候，可以不通过函数名去调用了，直接通过函数指针来调用即可。

2 函数指针的使用
2.1 基本使用
C语言中，一个函数指针变量的定义，正如 int a; 这样定义一个整型变量，定义一个函数指针变量形式是：

    ReturnType (*fun_ptr)(InputType1 arg1, InputType2 arg2, ...);

其中ReturnType是返回类型，InputType是输入参数的类型，比如double int char*等，比如定义一个输入参数为char*和int两个参数，返回值为int的函数指针fun_ptr为：

    int (*fun_ptr)(char*,int);

注意它的形式，比较怪异，函数指针变量名fun_ptr被包在一个括号里，前面还得加一个*符号，后面再跟一对括号，括号里分别列着输入参数列表类型。定义后，这个fun_ptr就可以指向某个两个输入参数分别是char*和int，返回值是int的函数了。

让这个函数指针指向某个对应的函数，去调用这个函数，就需要给它赋值。函数名字其实就对应着它的地址，这个跟数组比较像，所以我们可以直接把函数名字赋值给它，比如一个完整示例(Mac OS 10.9.5, Apple LLVM version 6.0 (clang-600.0.54)编译通过)：

#include <stdio.h>

void Do_something(int num, char* str){
    printf("num = %d, string is %s\n",num,str);
}

int main(){
    Do_something(500,"invoke 1"); // Normal invoke 1
    (*Do_something)(500,"invoke 2"); // Bit of strange invoke 2

    void (*ptr)(int,char*); // Define function pointer
    ptr = Do_something; // Assignment 

    // Or you can code like below
    //void (*ptr)(int,char) = Do_something; // Define and assignment 

    ptr(520,"invoke 3"); // Invoke 3

    (*ptr)(520,"invoke 4"); // Invoke 4

    ptr = &Do_something; // Re-assignment

    ptr(521,"invoke 5"); // Invoke 5

    (*ptr)(521, "invoke 6"); // Invoke 6

    return 0;
}

在上面的示例中，可以看出函数指针的赋值和使用，同时，我们看到6种函数调用的方法(invoke1~invoke6)，可以看出C语言真是够“灵活”。可以将函数名理解为函数的地址，然后其具有函数指针的属性。invoke 1中，Do_something这个函数，通过函数名去调用很好理解，平常也是这样用的，然而它居然可以像invoke 2中可以通过(*Do_something)这样调用，其实我们可以这样理解[1]:

        Do_something是一个函数地址或者称为函数指针;
        Do_something()的调用是(*Do_something)()的简写形式;
        &Do_something是&(*Do_something)的简写形式;
这样一来，包括函数指针赋值的调用方式都好理解了，都以函数指针和其简化形式来理解。在工程实践中，我们在理解的基础上选取一种风格就好了，弄的太多太杂没有必要，否则就是故意为难自己和队友，推荐使用简单的invoke 3这种方式。

2.2 定义函数指针类型
每次定义一个函数指针都用这么繁杂的形式不太方便，我们可以用typedef来将其自定义为一种类型，比如：

    typedef void(*FuncPtr)(int,char);

这样FuncPtr就是一个类型，声明和定义一个这类函数指针变量只需FuncPtr ptr;即可了，例如：

#include <stdio.h>

void Do_something(int num, char b){
    printf("num = %d, char is %c\n",num,b);
}

typedef void(*FuncPtr)(int,char); // type define

int main(){
    FuncPtr ptr;    // Define
    ptr = Do_something; // Assignment   
    ptr(520,'x'); // Invoke
    return 0;
}

2.3 函数指针作为参数和返回值
当有函数指针变量作为参数和返回值时，形式就比刚才复杂一点儿了，比如定义一个带2个参数，返回值为int类型的函数指针，它2个参数中第一个参数为一个接收两个int参数，无返回值的函数指针，第二个参数是一个char*类型：

    int (*func_ptr)(void (*)(int,int),char*);

写法无非就是按照前面的函数指针定义的式子，核心就是将InputType1扩展改写为void (*)(int,int)这种函数指针声明的形式。示例代码如下:

#include <stdio.h>

void Show_int(int a,int b){
    printf("a=%d, b=%d\n",a,b);
}

int Act_agency(void (*pFunc)(int,int),char* name){
    printf("invoke function: %s\n",name);
    pFunc(100,200);
    return 0;
}

int main(){
    int (*func_ptr)(void(*)(int,int),char*) = Act_agency;
    func_ptr(Show_int,"Show_int");
    return 0;
}

函数指针作为返回值时，形式可能会和某些函数形式容易混淆，比如如下定义：

    void (*func(int))();

注意，上述定义并非定义了一个函数指针，而是声明了一个函数，这个函数带有一个int型参数，而返回值类型是一个不带参数，没有返回值的函数指针，具体区分就在于函数指针定义形式里面定义的是一个变量名称还是一个函数还是一个变量名称，如果是一个函数，则表示这个函数指针定义形式指的是这个函数的返回值，简单来讲：

int (*p)(); 
定义的是一个函数指针p，p指向一个不带任何参数，返回值为int型的函数
int (*p())();
定义的是一个函数p，该函数p不带任何参数，返回值为一个指向不带任何参数，返回值为int型的函数指针

再以Linux的系统API函数signal为例作示范，它的函数声明为[2]:

#include <signal.h>
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

显然，这是一个函数，它有两个参数，第一个是int型的sig形参，第二个是一个指向带一个int类型参数，无返回值的函数的函数指针，另外，它返回一个带一个int类型参数无返回值的函数指针，可能有点拗口，但需要注意的是，这是在声明一个函数，而非定义一个函数指针。

3 函数指针一些复杂形式
很多C/C++面试笔试的时候，都喜欢给一些函数指针相关的复杂形式刁难应试者(其实我觉得这个没必要)，比如给一些例子，说出下面式子的含义[1]：

void * (*(*fp1)(int))[10];

float (*(*fp2)(int, int, float))(int);

typedef double (*(*(*fp3)())[10])();
fp3 a;
int (*(*fp4)[10])();

在文章[1]中作者给出了解释：

对于fp1:

我们从里向外一点一点分析，首先(*fp1)(int)，这说明fp1是一个函数指针，它有一个int类型的参数；
然后我们来找这个函数指针类型的返回值，注意到*(*fp1)(int)，所以我们可以断定它的返回值是一个指针，
指针指向什么呢？

我们可以看到最外层剩余的部分是void* [10]，因此这个函数的返回值是一个指针，
这个指针指向一个包含十个void*类型数据的数组。

综上：fp1是一个函数指针，它所指向的函数有一个int类型的参数，并且这个函数的返回值是一个指针，
这个指针指向一个包含10个void*元素的数组。

对于fp2

就不再赘述了。fp2是一个函数指针，它所指向的函数有三个参数，参数类型分别为int,int,float；
它的返回值是一个函数指针，这个函数指针所指向的函数具有一个int类型的参数，且返回类型为float。

对于fp3

fp3被定义为一个函数指针类型，这种函数指针所指向的函数的参数为空；
它的返回值是一个指针，这个指针指向一个包含10元素的函数指针数组，
这些函数指针所指向的函数的参数为空，返回值为double。

对于fp4

fp4是一个指针，这个指针指向一个包含10元素的函数指针数组，
这些函数指针所指向的函数的参数为空，返回值为int。

其中，比较难以分析的复杂形式主要是掺合了数组符号，由于C语言这种比如int a[20];这种将数组符号“[]”放在变量名后面的风格让这种定义晦涩难懂。我们需要根据函数指针形式和数组符号的位置来进行分析其含义，我想，只有掌握了C语言语法编译的原理才能完整掌握通用的分析方法，那咱们的工作就变成编译器了。

所以，实际使用中多使用typedef来进行简化，使得其清晰，越清晰简单越好。如果实际工程实践中真的出现需要这样的定义，那咱们是不是得考虑代码框架的问题了。

参考文献
[1] 函数指针，http://www.cnblogs.com/hdtianfu/archive/2011/12/10/2283009.html

[2] Linux程序设计(第4版)