深入理解C指针 指针和函数

局部变量也称为自动变量，他总是分配在栈帧上。

3.1 程序的堆和栈

3.1.1 程序栈

　　程序栈是支持函数执行的内存区域，通常和堆共享。也就是说，程序栈和堆共享同一块内存区域。程序栈通常占据这块区域的下部，而堆用的则是上部。

程序栈存放栈帧（stack frame）,栈帧有时也称为活跃记录或活跃帧。栈帧存放函数参数和局部变量。堆管理动态内存。

调用函数时，函数的栈帧被推到栈上，栈向上“长出”一个栈帧。当函数终止时，其栈帧从程序栈上弹出。栈帧所使用的内存不会被清理，但最终可能被推到程序栈上的另一个栈帧覆盖。

动态分配的内存来自堆，对向下“生长”。随着内存的分配和释放，堆中会布满碎片。尽管堆是向下生长的，但这只是个大体方向，实际上内存可能在堆上的任意位置分配。

3.1.2 栈帧的组织

　　栈帧由以下几种元素组成：

  • 返回地址：函数完成后要返回的程序内部地址
  • 局部数据存储：为局部变量分配的内存
  • 参数存储：为函数参数分配的内存
  • 栈指针和基指针：运行时系统来管理栈的指针

栈指针通常指向栈顶部。基指针（帧指针）通常存在并指向栈帧内部的地址。这两个指针都不是C指针。它们是运行时系统管理程序栈的地址。

将栈帧推到程序栈上时，系统可能会耗尽内存，这种情况称为栈溢出。要牢记每个线程通常都会有自己的程序栈。

3.2 通过指针传递和返回数据

　　传递参数（包括指针）时，传递的是他们的值。也就是说，传递给函数的是参数的一个副本。当涉及大型数据结构时，传递参数的指针会高效。

3.2.1 用指针传递数据

　　void swap(int *pnum1, int *pnum2)
　　{
    　　int tmp;
    　　tmp = *pnum1;
    　　*pnum1 = *pnum2;
    　　*pnum2 = tmp;
　　}

3.2.2 用值传递数据

　　如果不通过指针传递参数，那么交换就不会发生。num1和num2中保存的只是参数的副本。修改形参不会影响实参。

　　void swap(int num1, int num2)
　　{
    　　int tmp;
    　　tmp = num1;
    　　num1 = num2;
    　　num2 = tmp;
　　}

3.2.3 传递指向常量的指针

如果只是传递指针，数据就能被修改，如果不希望数据被修改，就要传递指向常量的指针。

　　void pass(const int * num1,int num2)　　不能修改通过指向常量的指针传进来的值

3.2.4 返回指针

函数返回指针时可能存在几个潜在的问题：

  • 返回为初始化的指针
  • 返回指向无效地址的指针
  • 返回局部变量的指针
  • 返回指针但是没有释放内存

3.2.5 局部数据指针

　　返回局部变量的指针，一旦函数执行完栈帧就被弹出了，尽管数据可能还在，但如果之后继续执行其他函数，该内存就会被覆盖。

如果把变量声明为static，这样把函数的作用域限制在函数内部，但是分配在栈帧外面，避免其他函数复写变量值。但每次调用该函数都会重复利用这个变量，这样相当于每次都把上一次调用的结果覆盖掉了。此外，静态数组必须声明为固定长度，这样会限制函数处理变长数组的能力。

3.2.7 传递指针的指针

　　void allocateArray(int **arr, int size, int value) {
    　　*arr = (int *)malloc(size * sizeof(int));//解引整数指针的指针得到的是整数指针
    　　if (*arr != NULL){
       　　 for (int i = 0; i < size; i++)
           　　 *(*arr + i) = value;
   　　　　 }
　　　　}

这个函数可用下面代码测试：

　　int *vector = NULL;
    allocateArray(&vector, 5, 6);

实现自己的free函数：

void saferFree(void **pp){
    if(pp != NULL && *pp != NULL){
        free(*pp);
        *pp = NULL;
    }
}

使用指针的指针允许修改传入的指针，而使用void类型则可以传入所有类型的指针。如果调用这个函数时没有显示的把指针类型转换为void会产生警告，执行显示转换就不会有警告。下面这个safeFree宏调用saferFree函数,执行类型转换，并使用了取地址操作符，这样就省去函数使用者做类型转换和传递指针的地址：

 #define safeFree(p) safeerFree( (void**) &p )

3.3 函数指针

　　函数指针是持有函数地址的指针。

3.3.1 声明函数指针

　　类型标识符 （* 指针变量名）（ ）

　　void (* foo)( )     void:返回类型　　foo:函数指针变量名　　参数

使用函数指针时一定要小心，因为C不会检查参数传递是否正确。以下是声明函数指针的一些例子：

　　int (*f1)(double); //传入 double，返回 int
　　void (*f2)(char*); //传入 char 指针，没有返回值
　　double* (*f3)(int,int); //传递两个整数，返回 double 指针

不要把返回指针值的函数和函数指针搞混淆。

　　int *f4(); //f4是一个函数，返回一个整数指针
　　int (*f5)(); //f5是一个返回整数的函数指针
　　int* (*f6)(); //f6是一个返回整数指针的函数指针

3.3.2 使用函数指针

　　int (*fptr)(int);
　　int square(int num){
   　　 return num*num;
　　}
　　...
　　int n = 5;
　　fptr = square; // fptr = &square; 　　　　让指针等于函数的入口地址。
　　printf("%d squard is %d ",n,fptr(n));

　　在这种上下文环境中，编译器会忽略取地址符操作，所以你可以写出来，但没必要这么做。

因为fptr是一个函数指针，那么*fptr就是该指针所指向的函数，所以（*fptr）( )就是调用该函数的方式，ANSIC标准允许简写fptr( )。

为函数指针声明一个类型定义会比较方便，类型定义的名字是声明的最后一个元素。

　　typedef int (*funcptr)(int);
　　...
　　funcptr fptr1;
　　fptr1 = square;
　　printf("%d squard is %d ",n,fptr1(n));

3.3.3 传递函数指针

　传递函数指针很简单，只要把函数指针声明作为函数参数即可。

int add(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }
    int sub(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
    typedef int(*fptr)(int, int);

    int compute(fptr operation, int num1, int num2) {
        return operation(num1, num2);
    }

    printf("%d
", compute(add, 5, 6));
    printf("%d
", compute(sub, 5, 6));

3.3.4 返回函数指针

　　返回函数指针需要把函数的返回类型声明为函数指针。

int add(int num1, int num2) {
    return num1 + num2;
}
int sub(int num1, int num2) {
    return num1 - num2;
}
typedef int(*fptr)(int, int);

fptr select(char opcode) {
    switch (opcode){
    case '+':return add; 
    case '-':return sub; 
    }
    return 0;
}
int evaluate(char opcode, int num1, int num2) {
    fptr operation = select(opcode); //函数指针赋值
    return operation(num1, num2);
}
    printf("%d
", evaluate('+', 5, 6));
    printf("%d
", evaluate('-', 5, 6));

 

3.3.5 使用函数指针数组

　　类型标识符( *指针变量名[  ] ) ( )；

　　　　int (*operations[128])(int, int)={ NULL };　 这个数组的所有元素都被初始化为NULL

也可以用typedef来声明这个数组：

　　　typedef int (*operation)(int, int);　如果数组的初始化值是一个语句块，系统会将块中的值赋给连续的数组元素。

　　　operation operations[128]={ NULL };

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int plus(int a, int b){
    return(a + b);
}
int minus(int a, int b){
    return(a - b);
}
int multiplied(int a, int b){
    return(a * b);
}
int divided(int a, int b){
    return(a / b);
}
int percent(int a, int b){
    return(a % b);
}
void main1()
{
    //int(*p)(int a, int b); 函数指针
    int(*pn[5])(int a, int b) = { plus,minus, &multiplied ,&divided,percent }; //函数指针数组初始化
    int ax = 100; int by = 20;

    for (int i = 0; i < 5; i++) //下标方式循环数组
        printf("%d
", pn[i](ax, by)); //分别调用五种运算输出结果

    system("pause");
}
void main()        //函数指针数组名是二级函数指针
{
    int(*pn[5])(int a, int b) = { plus,minus, multiplied ,divided,percent };
    int ax = 100; int by = 20;
    //通过二级函数指针的方式遍历函数指针数组
    for (int(**p)(int a, int b) = pn; p < pn + 5; p++) //指针循环
    {
        printf("%d
", (*p)(ax, by));
    }

    system("pause");
}

3.3.6 比较函数指针

　　可以用相等和不等操作符来比较函数指针。

3.3.7 转换函数指针

　　我们可以将指向某个函数的指针转换为其他类型的指针，不过要谨慎使用，因为运行时系统不会验证函数指针所用的参数是否正确。也可以再转回来，得到的结果和原指针相同，但函数指针的长度不一定相等。

int add(int num1, int num2) {
    return num1 + num2;
}

typedef int(*fptrToSing)(int);
typedef int(*fptrToInts)(int, int);

void main()
{
    fptrToInts fptrFirst = add;
    fptrToSing fptrSecond = (fptrToSing)fptrFirst;
    fptrFirst = (fptrToInts)fptrSecond;
    printf("%d
", fptrFirst(5, 6));

无法保证函数指针和数据指针转换后正常工作。

　　void* 指针不一定能用在函数指针上。也就是说不应该像下面这样把函数指针赋给void * 指针：　　void * pv = add;

　不过在交换函数指针时，通常会见到如下声明所示的“基本”函数指针类型。这里把fptrBase声明为指向不接受参数也不返回结果的函数的函数指针。

　　typedef void (*fptrBase)( );　

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