C语言:深入理解指针(4)

简介: C语言:深入理解指针(4)

一、回调函数

     函数指针是将函数的地址取出来,再通过函数地址去调用,那为什么不直接用函数名调用呢??原因是因为函数指针可以用来实现回调函数,而回调函数有自己的应用场景。

    回调函数就是⼀个通过函数指针调⽤的函数。 如果你把函数的指针(地址)作为参数传递给另⼀个函数,当这个指针被⽤来调⽤其所指向的函数 时,被调⽤的函数就是回调函数。

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
 return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
 return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
 return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
 return a / b;
}
int main()
{
 int x, y;
 int input = 1;
 int ret = 0;
 do
 {
 printf("*************************\n");
 printf(" 1:add 2:sub \n");
 printf(" 3:mul 4:div \n");
 printf(" 0:exit \n");
 printf("*************************\n");
 printf("请选择:");
 scanf("%d", &input);
 switch (input)
 {
 case 1:
 printf("输⼊操作数:");
 scanf("%d %d", &x, &y);
 ret = add(x, y);
 printf("ret = %d\n", ret);
 break;
 case 2:
 printf("输⼊操作数:");
 scanf("%d %d", &x, &y);
 ret = sub(x, y);
 printf("ret = %d\n", ret);
 break;
 case 3:
 printf("输⼊操作数:");
 scanf("%d %d", &x, &y);
 ret = mul(x, y);
 printf("ret = %d\n", ret);
 break;
 case 4:
 printf("输⼊操作数:");
 scanf("%d %d", &x, &y);
 ret = div(x, y);
 printf("ret = %d\n", ret);
 break;
 case 0:
 printf("退出程序\n");
 break;
 default:
 printf("选择错误\n");
 break;
 }
 } while (input);
 return 0;
}

     以上这段代码中,我们发现case部分的代码总是重复出现,这段代码只有调用函数的逻辑有差异(但是函数的返回类型和形参是一样的),其他输入输出操作都是冗余的,那么这个时候我们可以把调用的函数地址以参数的形式传去,用函数指针接收,函数指针指向什么函数就调用什么函数,这里其实就是使用的回调函数功能。

int add(int a, int b)
{
  return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
  return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
  return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
  return a / b;
}
void calc(int(*pf)(int, int))
{
  int ret = 0;
  int x, y;
  printf("输入操作数:");
  scanf("%d %d", &x, &y);
  ret = pf(x, y);
  printf("ret = %d\n", ret);
}
int main()
{
  int input = 1;
  do
  {
    printf("*************************\n");
    printf(" 1:add 2:sub \n");
    printf(" 3:mul 4:div \n");
    printf(" 0:exit \n");
    printf("*************************\n");
    printf("请选择:");
    scanf("%d", &input);
    switch (input)
    {
    case 1:
      calc(add);
      break;
    case 2:
      calc(sub);
      break;
    case 3:
      calc(mul);
      break;
    case 4:
      calc(div);
      break;
    case 0:
      printf("退出程序\n");
      break;
    default:
      printf("选择错误\n");
      break;
    }
  } while (input);
  return 0;
}

      回调函数不是由该函数的实现方直接调⽤,⽽是在特定的事件或条 件发⽣时由另外的⼀⽅调⽤的,⽤于对该事件或条件进⾏响应。

     怎么理解上面这段话呢?我们可以发现回调函数并非直接调用的,而是当需要进行某种运算时(特定需求的发生),根据需求将函数地址传给pf,然后在calc(另外一方)函数中通过pf(间接调用)来调用这个函数。

二、qsort使用举例

前面学习的冒泡排序,只能排序整形数据,那我们如何完成其他数据的排序呢?就得用到qsort

qsort是一个库函数,可以完成任意数据的排序,我们首先通过cplusplus的网站来了解qsort,qsort的头文件是stdlib.h,下面我们能来分析他的形参类型。

1.第一个形参void*base是一个void*类型的指针(因为该数组可能是任意类型,所以只有void*才可以接收任意类型的数据的地址)base指向要排序的数组的第一个元素位置。

2.第二个形参size_t num是一个无符号整型,num指向的是待排序数组中的元素个数。(只要知道元素的个数才能确定比较的次数。)

3.第三个形参size_t size是一个无符号整型,size指向数组中元素的大小(单位是字节,因为qsort完成任何类型的排列,所以对象可能是结构体也可能是整型,需要具体传入去 运算)。

4.第四个形参int (*compar)(const void*,const void*));,compar是一个函数指针,返回类型是int类型,两个形参的类型是void*类型。该函数指针指向的函数是用来比较数组中两个元素的方法。这个方法是根据我们的需求(比较整型或者比较结构体数据),去构造一个函数用来比较,构造的函数返回类型和形参类型必须一致。

qsort通过返回值来判断p1和p2的大小,当返回值>0,说明p1大于p2,返回值=0,说明p1=p2,返回值<0,说明p1<p2。

了解了qsort,下面利用qsort来实现排序。

2.1 使用qsort排序整型数据

int int_cmp(const void* p1, const void* p2)//整型的比较方法
{
  return(*(int*)p1 - *(int*)p2);//void*类型的指针必须强转后才可以进行运算。
}
int main()
{
  int arr[] = { 9,8,7,6,5,4,0,2,1,3 };
  int num = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//确定数组的个数
  int size = sizeof(int);//确定数组的每个元素占用字节大小
  qsort(arr, num, size, int_cmp);
  for (int i = 0; i < num; i++)
  {
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  printf("\n");
  return 0;
}

运行结果:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9  

注意事项:

1.qsort的使用必须包含头文件stdlib.h

2创建比较方法int_cmp函数时要注意该函数返回的结果必须是>0,=0,<0;

3.int_cmp传入的是void*类型的指针,必须强转成int*类型再解引用才可以进行运算。

4.如果想要完成逆序,将int_cmp的代码return(*(int*)p1 - *(int*)p2)中的p1和p2交换即可。

2.2 使用qsort排序结构体数据

struct Stu//学生
{
  char name[20];//名字
  int age;//年龄
};
//创建用年龄比较的方法
int cmp_stu_by_age(const void* p1, const void* p2)
{
  return((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;//也可以写成(*(struct stu*)p1).age-(*(struct stu*)p2).age 
  //结构体变量.成员名  或者   结构体指针->成员名
}
//创建用名字比较的方法
int cmp_stu_by_name(const void* p1, const void* p2)
{
  return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);//strcmp函数是专门用来比较字符串大小的
  //字符串的比较方法:从左到右的顺序逐个比较两个字符串的字符,直到遇到第一个不同的字符,然乎根据字符的ascii值来确定两个字符串的大小关系。
}
//创建一个打印数组函数
void prinf(struct Stu s[], int num)
{
  for (int i = 0; i < num; i++)
  {
    printf("第%d个同学的名字是%s,年龄是%d\n", i + 1, s[i].name, s[i].age);
  }
}
int main()
{
  struct Stu s[] = { {"zhangsan",20},{"lisi",30},{"wangwu",15} };
  int num = sizeof(s) / sizeof(s[0]);//元素个数
  int size = sizeof(struct Stu);//学生类型的大小
  printf("比较前\n");
  prinf(s, num);
  printf("通过年龄比较后\n");
  qsort(s, num, size, cmp_stu_by_age);
  prinf(s, num);
  printf("通过名字比较后\n");
  qsort(s, num, size, cmp_stu_by_name);
  prinf(s, num);
}

运行结果:

比较前

第1个同学的名字是zhangsan,年龄是20

第2个同学的名字是lisi,年龄是30

第3个同学的名字是wangwu,年龄是15

通过年龄比较后

第1个同学的名字是wangwu,年龄是15

第2个同学的名字是zhangsan,年龄是20

第3个同学的名字是lisi,年龄是30

通过名字比较后

第1个同学的名字是lisi,年龄是30

第2个同学的名字是wangwu,年龄是15

第3个同学的名字是zhangsan,年龄是20

注意事项:

1.要访问结构体成员的两个方法:结构体变量.成员名    结构体指针->成员名

2.strcmp是专门用来比较字符串的大小的,并且它的返回值也恰好和qsort一样,所以可以直接去调用。字符串的比较方法:从左到右的顺序逐个比较两个字符串的字符,直到遇到第一个不同的字符,然乎根据字符的ascii值来确定两个字符串的大小关系。

3.结构体类型相较于整型类型,不能直接用+-<>等运算符,因为结构体中的成员属性可能有多个,直接比较编译器无法判断根据哪一个成员属性来比较。

三、qsort的模拟实现

      qsort展现的是不同数据类型的快速排序,在学习qsort之前,我只知道冒泡排序,而冒泡排序只能排序整型类型,那么我们可以通过会回调函数的方法,来改造冒泡排序,使其成为可以排序任意数据类型的排序方法。

    在模拟实现前,我们要比较qsort和冒泡排序,两者的数据类型不一样,所以我们对他的改造需要体现在两个方面。

1.由于数据类型不同,所以比较的方法必须改造

2.由于不同数据类型占用字节大小不同,在利用指针偏移量操作的时候会有差异,所以交换的方法也必须改造。

3.由于数据类型不同,创建比较方法和交换方法时传入的两个参数必须是void*类型

3.模拟实现qsort,就要保证改造的排序函数bubble的返回类型和形参都要保持一致。

int int_cmp(const void* p1, const void* p2)//比较方法
{
  return(*(int*)p1 - *(int*)p2);
}
void swap(void* p1, void* p2, int size)//交换方法,这里要引入size,让swap函数知道交换的数据是什么类型
{
  for (int i = 0; i < size; i++)
  {
    char temp = *((char*)p1+ i);//void*类型必须要先强制转化成char*类型
    *((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
    *((char*)p2 + i) = temp;
    //为什么这里要使用字符类型?,因为我们并不知道传入的是什么数据类型,所以用char*(1个字节)来作为单位元,每次交换一个字节,交换次数恰好和size相同
  }
}
void bubble(void* base, int num, int size, int (*cmp)(const void* p1, const void* p2))
{
  for (int i = 0; i < num - 1;i++)
  {
    for (int j = 0; j < num - i - 1; j++)
    {
      if (int_cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size)>0)//不知道是什么数据类型,所以用char*比较好操作,一次只操作一个字节。
      {
        swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);
      }//使用前必须强转成char*类型
    }
  }
}
int main()
{
  int arr[] = { 9,8,7,6,5,4,0,2,1,3 };
  int num = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//确定数组的个数
  int size = sizeof(int);//确定数组的每个元素占用字节大小
  bubble(arr, num, size, int_cmp);
  for (int i = 0; i < num; i++)
  {
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  printf("\n");
  return 0;
}

运行结果:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

      要注意的是,由于交换方法和比较方法的改造,由于不知道比较的是什么数据类型,所以都强转成char*类型进行操作,因为char*类型操作一次是一个字节,方便计算。这样恰好就是一次交换一个字节,执行size次后就完成整个元素的交换。所以必须传入size。

四、NULL、\0、0、'0'、null、NUL的区别

NULL:本质是0,一般用于指针的初始化

\0:\ddd形式的转移字符,本质也是0,在字符串中作为结束标志,ASCII码值为0

0:数字0

'0':字符0,ASCII码值为48

null/NUL:本质就是\0,作为字符串结束标志

五、C99中的变长数组

       在C99标准之前,C语⾔在创建数组的时候,数组大小的指定只能使⽤常量、常量表达式,或者如果我们初始化数据的话,可以省略数组⼤⼩。

int arr1[10];
int arr2[3+5];
int arr3[] = {1,2,3};

   这样的语法限制,让我们创建数组就不够灵活,有时候数组⼤了浪费空间,有时候数组⼜⼩了不够⽤的。

    C99中给⼀个变⻓数组(variable-length array,简称 VLA)的新特性,允许我们可以使⽤变量指定数组大小。

int n = a+b;
int arr[n];

    上⾯⽰例中,数组 arr 就是变⻓数组,因为它的⻓度取决于变量 n 的值,编译器没法事先确定,只有运⾏时才能知道 n 是多少。

  变⻓数组的根本特征,就是数组⻓度只有运⾏时才能确定,所以变⻓数组不能初始化。它的好处是程序员不必在开发时,随意为数组指定⼀个估计的⻓度,程序可以在运⾏时为数组分配精确的⻓度。有 ⼀个⽐较迷惑的点,变⻓数组的意思是数组的⼤⼩是可以使⽤变量来指定的,在程序运⾏的时候,根据变量的⼤⼩来指定数组的元素个数,⽽不是说数组的⼤⼩是可变的。数组的大小⼀旦确定就不能再变化了。

    遗憾的是在VS2022上,虽然⽀持⼤部分C99的语法,没有⽀持C99中的变⻓数组,没法测试;

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