- C++程序设计基础（上）
- 周霭如 林伟健编著
- 636字
- 2020-08-28 09:48:05
3.4 函数地址和函数指针
函数、应用程序是编译器处理的对象。每一个函数的语句序列经过编译之后，生成的都是二进制代码。这些代码要调入内存才能够运行。每一条指令、每一个函数模块都有一个首地址。函数块的首地址称为函数的入口地址，或函数指针。
一个已经定义的函数，它的名字就是函数的入口地址。我们已经熟悉了用名字调用函数的方式，本节将更深入地讨论有关调用函数的问题。
3.4.1 函数的地址
为了弄清楚函数地址的表示，下面考察一个简单的程序。
【例3-23】用不同方式调用函数。
#include<iostream>
using namespace std;
void simple()
{ cout<<"It is a simple program.\n"; }
int main()
{ cout<<"Call function …\n";
simple(); //名方式调用
(&simple)(); //地址方式调用
(*&simple)(); //间址调用
cout << "Address of function :\n";
cout<<simple<<endl; //函数名是地址
cout<<&simple<<endl; //取函数地址
cout<<*&simple<<endl; //函数地址所指对象
}
程序运行结果：
Call function …
It is a simple program.
It is a simple program.
It is a simple program.
Address of function :
0043B248
0043B248
0043B248
下面分析上述例程。
① 函数名、函数地址都是函数的入口地址。对于
simple
&simple
*&simple
它们在形式上看起来很不相同，但实际上，在C++中，它们都是函数simple的代码模块在内存的入口地址值，称为函数地址。
但是，对于一个数据对象：
double x = 1.414;
如果有输出：cout << &x << x;
&x是地址表达式，将显示变量x在内存的地址；名访问x表示对象的值1.414。
程序设计语言对数据对象的地址和名加以区别。采用名访问数据对象时，编译器能够根据数据的类型解释存储单元的值。“函数”这种代码对象和普通数据对象性质不同。对函数的访问（调用）一旦找到入口地址，将按照指令的规则执行。编译器调用函数不需要区分地址和名。对于一个已经定义的函数，函数名、函数地址（指针）、函数指针所指对象都是同一样东西，表示函数的入口地址。
② 函数调用指令要做的事情是：找到函数入口地址，传递参数。因此，调用函数的语句（或表达式）由两部分组成：
函数地址 (实际参数表)
其中，“函数地址”实质上是一个地址表达式，可以是函数名，或者能够表示函数入口地址的式子。以下调用都可以达到相同的效果：
simple()
(& simple)()
(* & simple)()
注意，在后两种调用方式中，第一个括号不能省略，因为地址表达式计算要优先于参数结合。
3.4.2 函数指针
函数定义后，函数名表示函数代码在内存的直接地址。可以用一个指针变量获取函数的地址，通过指针变量的间址方式调用函数。指向函数的指针变量简称为函数指针。
1.函数的类型
要定义函数指针，首先要明确什么是函数的类型。
函数的类型（注意，不是函数的返回值类型）是指函数的接口，包括函数的参数定义和返回类型。例如，以下是类型相同的函数：
double max(double, double);
double min(double, double);
double average(double, double);
这些函数都有两个double类型参数，返回值为double类型，它们的类型（接口）为：
double (double, double)
一般地，表示函数类型的形式为：
类型（形式参数表）
C++中，可以用关键字typedef定义函数类型名。函数类型名定义的一般形式为：
typedef 类型 函数类型名（形式参数表）;
其中，“函数类型名”是用户定义标识符。例如：
typedef double functionType (double, double);
函数类型名 functionType 定义了一类接口相同的函数的抽象，即抽象了两个 double 参数，返回double类型的相同类型函数。此时：
functionType max, min, average;
等价于前面的3个函数原型声明。
2.函数指针
要定义指向某一类函数的指针变量，可以用以下两种说明语句：
类型（* 指针变量名）（形式参数表）;
或 函数类型 * 指针变量名;
在第一种说明语句中，因为“（）”的优先级比“*”高，所以“（*指针变量名）”的圆括号不能省略；否则，就会变成一个返回指针值的函数原型。例如：
double * f (double, double);
是函数原型声明，f是函数名，具有两个double参数，返回double类型指针。
对于上述已经定义的functionType，如果要定义指向这一类函数的指针变量，可以用说明语句：
double (*fp)(double, double);
或 functionType * fp;
有了函数类型定义，便可以同时定义多个类型相同的函数指针：
functionType *fp1,*fp2;
还可以用关键字typedef定义指针类型。函数指针类型定义的一般形式为：
typedef 类型（* 指针类型）（形式参数表）;
或 typedef 函数类型 * 指针类型;
其中，“指针类型”是用户定义的类型名。例如：
typedef double (*pType)(double,double);
或 typedef functionType * pType;
定义了一个函数指针类型pType。
又如， pType pf1, pf2;
定义了两个pType类型的指针变量pf1和pf2，分别指向不同的函数：
pf1=max; //pf1指向函数max
pf2=min; //pf2指向函数min
3.用函数指针调用函数
一个已经定义的函数指针，赋给函数地址后就可以调用函数。使用函数指针调用函数的一般形式为：
(* 指针变量名)（实际参数表）
或 指针变量名 (实际参数表)
例如，向fp赋予不同函数的地址，通过fp调用不同函数：
fp=max; //获取max函数地址
x=fp(0.5,3.92); //相当于 x=max(0.5,3.92);
fp=min; //获取min函数地址
x=fp(0.5,3.92); //相当于 x=min(0.5,3.92);
fp=average; //获取average函数地址
x=fp(0.5,3.92); //相当于 x=average(0.5,3.92);
从函数调用性质可知：(*fp) (0.5, 3.92)与fp(0.5, 3.92)是等价的调用方式。
但是(&fp) (0.5, 3.92)是错误的。fp是指针变量，它的地址不是函数的地址，它的值才是函数的地址。
【例3-24】用函数指针调用不同函数。
程序定义了 4 个接口相同的函数，分别是：计算圆周长的 circlePerimeter、计算圆面积的circleArea、计算球面积的bollArea和计算球体积的bollVolume函数，它们都有一个double参数，返回类型为double。随着代码执行，函数指针pf指向不同函数，实现不同的计算。
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
const double PI = 3.14159;
double circlePerimeter(double radius)
{ return 2*PI*radius; }
double circleArea(double radius)
{ return PI*radius*radius; }
double bollArea(double radius)
{ return 4*PI*radius*radius; }
double bollVolume(double radius)
{ return 4.0/3*PI*pow(radius,3); }
int main()
{ double(*pf)(double); //定义函数指针
double r, cP, cA, bA, bV;
cout << "enter the radius of a circle : ";
cin >> r;
pf=circlePerimeter; //获取函数地址
cP=pf(r); //等价于circlePerimeter(r)
pf=circleArea; //获取函数地址
cA=pf(r); //等价于circleArea(r)
cout << "the perimeter of circle is : "<< cP << endl;
cout << "the area of circle is : "<< cA << endl;
cout << "enter the radius of a boll : ";
cin >> r;
pf=bollArea; //获取函数地址
bA=pf(r); //等价于bollArea(r)
pf=bollVolume; //获取函数地址
bV=pf(r); //等价于bollVolume(r)
cout << "the area of boll is : "<< bA << endl;
cout << "the volume of boll is : "<< bV << endl;
}
程序运行结果：
enter the radius of a circle:3.5
the perimeter of circle is:21.9911
the area of circle is:38.4845
enter the radius of a boll:4.2
the area of boll is:221.671
the volume of boll is:310.339
当函数指针作为函数参数时，可以传递函数的地址，通过参数调用不同函数。
【例3-25】使用函数指针参数调用函数。本程序与例3-24的功能相同。
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef double funType(double); //定义函数类型
funType circlePerimeter; //用函数类型名定义函数原型
funType circleArea;
funType bollArea;
funType bollVolume;
double callFun(funType*,double); //第一个参数是函数指针参数
int main()
{ double r;
cout << "enter the radius : ";
cin >> r;
//用函数地址作为实际参数调用函数callFun
cout << "the perimeter of circle is : " << callFun(circlePerimeter, r)<< endl;
cout << "the area of circle is : "<< callFun(circleArea, r) << endl;
cout << "enter the radius of a boll : ";
cin >> r;
cout << "the area of boll is : "<< callFun(bollArea, r) << endl;
cout << "the volume of boll is : "<< callFun(bollVolume, r) << endl;
}
const double PI = 3.14159;
double circlePerimeter(double radius)
{ return PI*radius*radius; }
double circleArea(double radius)
{ return 2*PI*radius; }
double bollArea(double radius)
{ return 4*PI*radius*radius; }
double bollVolume(double radius)
{ return 4.0/3*PI*pow(radius,3); }
double callFun(funType * qf, double r)
{ return qf(r); }
程序中定义了函数类型funType，抽象接口为：
double (double)
的一类函数。类型名funType可以用于说明函数原型：
funType circlePerimeter;
等价于 double circlePerimeter(double);
还可用于callFun函数的参数说明：
double callFun(funType * qf, double r)
{ return qf(r); }
qf是funType类型的指针。main函数调用callFun时，用函数名（即函数地址）作为实际参数，传递给形参指针qf，调用所指函数：
callFun(circlePerimeter, r)
callFun(circleArea, r)
callFun(bollArea, r)
callFun(bollVolume, r)
上面4次调用，实际参数为不同函数的地址，使得执行callFun时调用不同的函数。
函数指针不仅可以调用自定义函数，还可以调用库函数。例如，正弦函数和余弦函数原型为：
double sin(double);
double cos(double);
它们是接口一样的同类型函数。以下例子用函数参数调用这两个库函数。
【例3-26】使用函数名作为函数参数，调用库函数sin(x)和cos(x)，计算指定范围内间隔为0.1的函数值之和。
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
typedef double fType(double); //定义函数类型
double func(fType*f,double l,double u) //f是函数指针参数
{ double d,s=0.0;
for(d = l; d <= u; d += 0.1)
s += f(d);
return s;
}
int main()
{ double sum;
sum=func(sin,0.0,1.0); //库函数sin作为实参
cout << "the sum of sin from 0.0 to 1.0 is: " << sum << endl;
sum=func(cos,0.0,1.0); //库函数cos作为实参
cout << "the sum of cos from 0.0 to 1.0 is: " << sum << endl;
}
运行程序，显示结果为：
the sum of sin from 0.0 to 1.0 is: 5.01388
the sum of cos from 0.0 to 1.0 is: 9.17785