回调函数
回调函数是指在某个事件发生时被调用的函数。通常，回调函数是在某个库函数或框架函数中注册的，当某个条件满足时，库函数或框架函数会调用回调函数来执行相应的操作。以下是一个示例：
#include "stdio.h"
void handle_event(int event_type, void (*callback)(void))
{
printf("event %d occurred\n", event_type);
if (callback)
{
callback();
}
}
void callback_function()
{
printf("callback function called\n");
}
int main()
{
handle_event(1, callback_function);
handle_event(2, NULL);
return 0;
}
在上面的代码中，我们定义了一个 handle_event 函数，它接受两个参数：一个事件类型和一个函数指针。如果函数指针不为空，则会调用指定的函数。
在 main 函数中，我们分别调用 handle_event 函数来触发两个事件，其中第一个事件注册了一个回调函数 callback_function，第二个事件没有注册回调函数。
函数参数化
函数参数化是指通过函数指针将函数的某些行为参数化。这样，我们可以在调用函数时动态地指定函数的行为。以下是一个示例：
#include "stdio.h"
void process_array(int *array, size_t size, int (*process)(int))
{
for(size_t i = 0; i < size; i++) {
array[i] = process(array[i]);
}
}
int increment(int n)
{
return n + 1;
}
int main()
{
int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
size_t size = sizeof(array) / sizeof(int);
process_array(array, size, increment);
for (size_t i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
在上面的代码中，我们定义了一个 process_array 函数，它接受三个参数：一个整型数组、数组大小和一个函数指针。函数指针指向一个函数，该函数接受一个整型参数并返回一个整型结果。
在 process_array 函数中，我们将数组中的每个元素传递给指定的函数，然后将函数的返回值存储回原数组中。
在 main 函数中，我们定义了一个 increment 函数，它将传入的整数加 1。然后，我们调用 process_array 函数来处理整型数组，并打印出结果。
排序算法
排序算法是函数指针的另一个常见应用场景。通过传递不同的比较函数，我们可以在不同的排序算法中重用相同的代码。以下是一个示例：
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
typedef int (*compare_func_t)(const void *, const void *);
void sort(int *array, size_t size, compare_func_t compare_func)
{
qsort(array, size, sizeof(int), compare_func);
}
int compare_int(const void *a, const void *b)
{
return (*(int *)a - *(int *)b);
}
int compare_reverse_int(const void *a, const void *b)
{
return (*(int *)b - *(int *)a);
}
int main()
{
int array[] = { 3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5 };
size_t size = sizeof(array) / sizeof(int);
sort(array, size, compare_int);
for (size_t i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
sort(array, size, compare_reverse_int);
for (size_t i = 0; i < size; i++) {
printf("%d ", array[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
在上面的代码中，我们定义了一个 sort 函数，它接受三个参数：一个整型数组、数组大小和一个比较函数指针。
比较函数指针指向一个函数，该函数接受两个指向常量 void 类型的指针，并返回一个整型结果。
在 sort 函数中，我们使用标准库函数 qsort 来对整型数组进行排序，其中比较函数指针由调用者传递。
在 main 函数中，我们定义了两个比较函数 compare_int 和 compare_reverse_int，分别用于升序和降序排序。然后，我们调用 sort 函数来对整型数组进行排序，并打印出结果。
函数指针数组
函数指针数组是指一个数组，其中的每个元素都是一个函数指针。这种数组可以用于实现一个分派表，根据输入参数的不同，动态地调用不同的函数。以下是一个示例：
#include "stdio.h"
void add(int a, int b)
{
printf("%d + %d = %d\n", a, b, a + b);
}
void subtract(int a, int b)
{
printf("%d - %d = %d\n", a, b, a - b);
}
void multiply(int a, int b)
{
printf("%d * %d = %d\n", a, b, a * b);
}
void divide(int a, int b)
{
if (b == 0) {
printf("cannot divide by zero\n");
}
else {
printf("%d / %d = %d\n", a, b, a / b);
}
}
typedef void (*operation_func_t)(int, int);
int main()
{
operation_func_t operations[] = { add, subtract, multiply, divide };
size_t num_operations = sizeof(operations) / sizeof(operation_func_t);
int a = 10, b = 5;
for (size_t i = 0; i < num_operations; i++) {
operations[i] (a, b);
}
return 0;
}
在上面的代码中，我们定义了四个函数 add、subtract、multiply 和 divide，分别对两个整数进行加、减、乘和除操作。
然后，我们定义了一个函数指针类型 operation_func_t，它指向一个接受两个整型参数并没有返回值的函数。
接着，我们定义了一个函数指针数组 operations，其中的每个元素都是一个 operation_func_t 类型的函数指针，分别指向 add、subtract、multiply 和 divide 函数。
在 main 函数中，我们使用 for 循环遍历 operations 数组，并依次调用每个函数指针所指向的函数。在每次调用函数之前，我们可以根据需要设置 a 和 b 的值。这样，我们就可以动态地选择要执行的操作。
函数指针与回溯法
回溯法是一种求解一些组合优化问题的算法，它通常使用递归来实现。函数指针可以用于实现回溯法算法的一些关键部分。
以下是一个使用回溯法来计算排列的示例：
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
typedef void (*callback_func_t)(const int *, size_t);
void swap(int *a, int *b)
{
int tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp;
}
void permute(int *nums, size_t len, size_t depth, callback_func_t callback)
{
if (depth == len) {
callback(nums, len);
return;
}
for (size_t i = depth; i < len; i++) {
swap(&nums[depth], &nums[i]);
permute(nums, len, depth + 1, callback);
swap(&nums[depth], &nums[i]);
}
}
void print_array(const int *arr, size_t len)
{
for (size_t i = 0; i < len; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
int nums[] = { 1, 2, 3 };
permute(nums, sizeof(nums) / sizeof(int), 0, print_array);
return 0;
}
在上面的代码中，我们定义了一个函数 permute，用于计算给定数组的排列。
在 permute 函数中，我们使用递归来生成所有可能的排列，并使用函数指针 callback 来指定每当我们生成一个排列时应该调用的函数。
在本例中，我们将 print_array 函数作为回调函数传递给了 permute 函数。这意味着每当 permute 函数生成一个排列时，它都会调用 print_array 函数来打印这个排列。
在 main 函数中，我们定义了一个包含三个整数的数组 nums，并使用 permute 函数来计算这个数组的所有排列。在每次生成一个排列时，permute 函数都会调用 print_array 函数来打印这个排列。
函数指针与多态
多态是面向对象编程中的一个重要概念，它允许我们在不知道对象类型的情况下调用相应的函数。虽然 C 语言不是面向对象编程语言，但我们仍然可以使用函数指针来实现多态。
以下是一个使用函数指针实现多态的示例：
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
typedef struct shape {
void (*draw)(struct shape *);
} shape_t;
typedef struct circle {
shape_t shape;
int x;
int y;
int r;
} circle_t;
typedef struct rectangle {
shape_t shape;
int x;
int y;
int w;
int h;
} rectangle_t;
void circle_draw(shape_t * shape)
{
circle_t *circle = (circle_t *) shape;
printf("Drawing a circle at (%d, %d) with radius %d.\n", circle->x, circle->y, circle->r);
}
void rectangle_draw(shape_t * shape)
{
rectangle_t *rectangle = (rectangle_t *) shape;
printf("Drawing a rectangle at (%d, %d) with width %d and height %d.\n", rectangle->x, rectangle->y, rectangle->w,
rectangle->h);
}
int main()
{
circle_t circle = {
.shape = {circle_draw},
.x = 10,
.y = 20,
.r = 5,
};
rectangle_t rectangle = {
.shape = {rectangle_draw},
.x = 30,
.y = 40,
.w = 15,
.h = 20,
};
shape_t *shapes[] = { (shape_t *) & circle, (shape_t *) & rectangle };
for (size_t i = 0; i < sizeof(shapes) / sizeof(shape_t *); i++) {
shapes[i]->draw(shapes[i]);
}
return 0;
}
在上面的代码中，我们定义了一个 shape 结构体，它有一个函数指针 draw，用于绘制该形状。
我们还定义了两个形状：circle 和 rectangle，它们分别包含它们自己的属性和一个指向 shape 结构体的指针。每个形状都定义了自己的 draw 函数，用于绘制该形状。
在 main 函数中，我们定义了一个 shape_t 类型的数组，其中包含一个 circle 和一个 rectangle。我们使用一个循环来遍历这个数组，并使用每个形状的 draw 函数来绘制该形状。
注意，尽管 shapes 数组中的元素类型为 shape_t *，但我们仍然可以调用每个元素的 draw 函数，因为 circle 和 rectangle 都是从 shape_t 派生出来的，它们都包含一个 draw 函数指针。
这个例子演示了如何使用函数指针来实现多态。尽管 C 语言不支持面向对象编程，但我们可以使用结构体和函数指针来实现类似的概念。
总结
函数指针是一种强大的工具，可以用于实现许多不同的编程模式和算法。
在本文中，我们介绍了函数指针的基本概念和语法，并提供了一些高级应用场景的代码示例，包括回调函数、函数指针数组、函数指针作为参数、函数指针与递归、函数指针与多态等。
使用函数指针可以帮助我们编写更加灵活和通用的代码，并提高代码的可重用性和可扩展性。
