c++ 函数指针

目录

起点：编程的基本事实

推导：函数也有“地址”吗？

什么是函数指针？

为什么需要函数指针？

解决方案：动态选择

什么时候用函数指针？

总结

起点：编程的基本事实

1. 程序由指令组成：程序的核心是告诉计算机做什么，比如“计算两个数的和”或“打印一条消息”。

2. 指令有名字：这些“做什么”的操作通常用函数来表示，比如 add(a, b) 或 print(message)。函数名就像一个标签，你通过它找到并执行某个操作。

3. 变量可以存数据：在 C++ 中，变量可以保存数字、文字等数据，比如 int x = 5。

4. 名字和地址的区别：当你说“找 John”，你可能直接说名字，但有时你需要知道 John 的具体位置（比如他的地址或电话号码）。

基于这些事实，我们来推导函数指针是什么。

推导：函数也有“地址”吗？

事实 1：函数是代码块

函数比如 print 不是数据，而是一段代码，告诉计算机怎么执行某个任务。但这些代码在内存中有固定的位置，就像你的家在某个街道上有具体门牌号。

事实 2：计算机用地址访问内存

计算机通过内存地址找到数据或代码。比如，变量 x 的值 5 存放在某个内存位置，地址可能是 0x1000。同样，函数 print 的代码也存放在内存的某个位置，有它自己的地址。

事实 3：我们需要动态选择函数

有时候，程序需要灵活地决定“用哪个函数”。比如：

• 有两个函数：add（加法）和 multiply（乘法）。

• 用户输入“+”就用 add，输入“*”就用 multiply。 但如果每个选择都要写一大堆 if-else，代码会很乱。能不能像变量一样，把函数“存起来”，然后根据需要“调用”它？

推导：函数的“地址”可以被引用

如果函数有内存地址，我们能不能像存变量地址一样，存下函数的地址，然后随时用它调用对应的函数？答案是肯定的！这就是函数指针的核心思想。

什么是函数指针？

用通俗的话说，函数指针就是“函数的地址标签”。它让你可以：

• 把一个函数的“位置”（内存地址）存进一个变量。

• 之后通过这个变量去“找到”并“调用”那个函数。

就像：

• 你有一个电话本，里面存了朋友的电话号码。

• 函数指针就是电话号码，你可以通过它“拨打”某个函数，让它“接听”（执行）。

在 C++ 中，函数指针的写法看起来复杂，但本质很简单。例如：

void printHello() {
    std::cout << "Hello!" << std::endl;
}

int main() {
    void (*ptr)() = printHello; // ptr 是一个函数指针，指向 printHello
    ptr(); // 通过指针调用函数，效果等同于 printHello()
    return 0;
}

• ptr 是一个变量，但它不存数据，而是存了 printHello 函数的地址。

• 当你写 ptr();，就像拨打了 printHello 的“电话”，函数就被执行了。

为什么需要函数指针？

从第一性原理看，函数指针解决了一个核心问题：灵活性。

问题：静态选择不好用

假设你写了个程序，要根据用户选择执行不同操作：

• 如果用户选 1，调用 add。

• 如果用户选 2，调用 multiply。

传统方法可能是：

但如果有 100 个选择呢？代码会变得很长、很乱。

解决方案：动态选择

函数指针让你可以：

• 把所有可能的函数（add、multiply 等）存进一个“列表”（数组或变量）。

• 根据用户选择，取出对应的函数指针，然后直接调用。

比如：

void add(int a, int b) { std::cout << a + b << std::endl; }
void multiply(int a, int b) { std::cout << a * b << std::endl; }

int main() {
    void (*funcPtr)(int, int); // 定义一个函数指针，可以指向任何接受两个 int 参数、无返回值函数

    int choice;
    std::cin >> choice;

    if (choice == 1) funcPtr = add;
    else funcPtr = multiply;

    funcPtr(5, 3); // 根据选择调用对应的函数
    return 0;
}

• 这里 funcPtr 就像一个“遥控器”，可以切换到不同的函数。

• 这种方式比写一大堆 if-else 更灵活、更简洁。

什么时候用函数指针？

从第一性原理看，函数指针在以下场景有价值：

1. 需要动态选择：当程序运行时要决定调用哪个函数（比如回调、事件处理）。

2. 函数作为参数：当你想把函数本身传给另一个函数，比如排序算法中的比较函数。

3. 代码复用：避免重复写类似逻辑，只改变函数行为。

比如，C++ 的 std::sort 允许你传入一个比较函数指针，决定如何排序。

总结

函数指针就是“函数的地址变量”。它让你：

• 像存数据一样存函数。

• 随时切换、调用不同的函数。

就像你有一个魔法遥控器，可以按下不同按钮调用不同的服务（函数）。它的存在是因为程序需要更灵活、更高效地处理“做什么”的选择，而不是死板地写死逻辑。

从第一性原理看，函数指针是程序设计中对“动态行为”需求的自然产物，简化了代码，增强了可扩展性。