C++面试基础系列-函数指针与指针函数

本文主要是介绍C++面试基础系列-函数指针与指针函数，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

系列文章目录

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C++面试基础系列-函数指针与指针函数

Overview

1.function_pointer函数指针

• function_pointer函数指针也是一个指针，
  • 只不过函数指针可以指向函数，可以通过该指针调用函数
  • 联想到重载，多态，模板，只不过函数指针需要重新调整指针指向的函数类型

2.pointer_function指针函数

• 指针函数实际上只是函数返回值返回一个指针

3.面试中，最喜欢的是函数指针和指针函数的区别

函数指针和指针函数是两个不同的概念，主要区别如下：

3.1.定义

1. 指针函数：
   • 本质是一个函数，其返回值是一个指针。
   • 例如：int* fun() { /* 函数体 */ }，这里的函数 fun就是一个指针函数，它返回一个指向整数的指针。
2. 函数指针：
   • 是指向函数的指针变量。
   • 例如：int (*pf)();，这里 pf是一个函数指针，它指向一个返回值为整数的函数。

3.2.用法

1. 指针函数的用法：

   • 先调用指针函数，得到一个指针结果，然后通过这个指针访问其所指向的内存空间中的数据。

   • 例如：

   • 看出下面代码的错误了吗？

     int* fun() {int a = 10;return &a;
     }
     int main() {int* ptr = fun();printf("%d\n", *ptr);//errorreturn 0;
     }
     

   • ERROR:a是一个局部变量，调用指向a的指针，会出现内存泄漏，应避免这种用法。

2. 函数指针的用法：

   • 可以将函数指针作为参数传递给其他函数，实现回调函数的功能。

   • 例如：

     void callback(int (*func)(int), int arg) {int result = func(arg);printf("Result: %d\n", result);
     }
     int square(int num) {return num * num;
     }
     int main() {callback(square, 5);return 0;
     }
     

3.3.存储方式

1. 指针函数：在内存中与普通函数一样，有特定的代码段存储函数体，执行时将在该代码段中运行。返回的指针则存储在相应的内存地址中。
2. 函数指针：本身作为一个变量存储在内存中，它的值是所指向函数的入口地址。

4.函数指针用法

函数指针是C++中一种重要的特性，它允许将函数作为值来处理。以下是函数指针的一些常见用法：

1. 动态函数调用：
   使用函数指针可以在运行时决定调用哪个函数。这在实现回调机制、策略模式或事件处理系统时非常有用。

   void function1() { std::cout << "Function 1" << std::endl; }
   void function2() { std::cout << "Function 2" << std::endl; }
   void (*functionPtr)() = function1; // 函数指针指向function1
   functionPtr(); // 调用function1
   functionPtr = function2; // 现在指向function2
   functionPtr(); // 调用function2
   

2. 实现回调函数：
   函数指针经常用于回调函数，即作为参数传递给另一个函数，然后在该函数内部调用。

   void callback(void (*func)()) {func();
   }
   void myFunction() {std::cout << "Hello from myFunction" << std::endl;
   }
   int main() {callback(myFunction);
   }
   

3. 作为数据成员：
   在类中使用函数指针作为数据成员，允许对象根据行为的不同来调用不同的函数。

   class Event {
   public:void (*handler)(); // 函数指针作为数据成员
   };
   Event event;
   event.handler = myFunction;
   event.handler(); // 调用myFunction
   

4. 数组和向量：
   函数指针可以存储在数组或向量中，用于管理一组函数。

   void (*functions[])() = {function1, function2};
   for (auto func : functions) {func();
   }
   

5. 函数指针类型转换：
   在某些情况下，可能需要将一个函数指针转换为另一个类型的指针，或者反之。

   typedef void (*FuncType)();
   int (*intFunc)(int) = static_cast<int (*)(int)>(function1); // 类型转换
   

6. 实现多态：
   函数指针可以用来实现类似多态的行为，尤其是在使用函数作为类的成员或参数时。

   class Base {
   public:virtual void execute() = 0;
   };
   class Derived : public Base {
   public:void execute() override {std::cout << "Execute in Derived" << std::endl;}
   };
   Base* basePtr = new Derived();
   (*basePtr).execute(); // 多态调用
   delete basePtr;
   

7. 用于排序和搜索算法：
   在标准库算法中，如 std::sort或 std::find_if，可以传递函数指针或函数对象来指定自定义的比较或谓词函数。

   int array[] = {5, 3, 2, 4, 1};
   std::sort(std::begin(array), std::end(array),[](int a, int b) { return a > b; }); // lambda表达式作为函数指针使用
   

8. 信号处理：
   在Unix和类Unix系统中，signal函数允许为各种信号注册信号处理函数，这通常通过函数指针完成。

   void signalHandler(int signal) {std::cout << "Signal received" << std::endl;
   }
   // 注册信号处理函数
   signal(SIGINT, signalHandler);
   

9. 函数指针的指针：
   可以创建函数指针的数组或指针，这在实现函数表或多级回调时很有用。

   void (*functionTable[])() = {function1, function2};
   void (**functionTablePtr)() = functionTable;
   (*functionTablePtr)[0](); // 调用function1
   

10. 与C ABI兼容：
    由于C++兼容C的ABI（应用程序二进制接口），函数指针在C和C++之间可以互用，这在编写跨语言的库或接口时非常有用。

函数指针是C++中实现多态、回调和高阶函数（即接受或返回函数的函数）的关键工具。然而，过度使用函数指针可能会使代码难以理解和维护，因此应谨慎使用，并考虑使用更现代的C++特性，如函数对象、lambda表达式和std::function。

5.指针函数

指针函数是一种返回指针类型的函数。以下是指针函数的一些用法：

5.1.动态内存分配

在 C 和 C++中，可以使用指针函数来动态分配内存并返回指向该内存的指针。例如：

int* allocateArray(int size) {int* arr = new int[size];return arr;
}

在这个例子中，allocateArray函数接受一个整数参数size，用于指定要分配的数组大小。函数内部使用new关键字动态分配一个整数数组，并返回指向该数组的指针。使用时可以这样调用：

int main() {int* myArray = allocateArray(10);// 使用 myArraydelete[] myArray;return 0;
}

5.2.返回复杂数据结构的指针

当需要从函数中返回一个复杂的数据结构时，可以使用指针函数。例如，假设有一个结构体表示学生信息：

struct Student {std::string name;int age;
};Student* createStudent(std::string name, int age) {Student* s = new Student;s->name = name;s->age = age;return s;
}

使用方式如下：

int main() {Student* student = createStudent("Tom", 18);// 使用 studentdelete student;return 0;
}

5.3.作为函数参数传递

指针函数的返回值可以作为其他函数的参数进行传递。例如：

void processArray(int* arr, int size) {for (int i = 0; i < size; i++) {arr[i] *= 2;}
}int* generateArray(int size) {int* arr = new int[size];for (int i = 0; i < size; i++) {arr[i] = i + 1;}return arr;
}

可以这样调用：

int main() {int* myArray = generateArray(5);processArray(myArray, 5);// 使用 myArraydelete[] myArray;return 0;
}

在这个例子中，generateArray函数生成一个整数数组，然后将其作为参数传递给processArray函数进行处理。

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