From Gossip@caterpillar

C++ Gossip: 函式指標

程式在執行時，函式本身在記憶體中也佔有一個空間，而函式名稱本身也就是指向該空間位址的參考名稱，當呼叫函式名稱時，程式就會去執行該函式名稱所指向的 記憶體空間中之指令。

您可以宣告函式指標，並讓它與某個函式指向相同的空間，函式指標的宣告方式如下所示：
傳 回值型態 (*指標名稱)(傳遞參數);

一個函式型態由傳回值型態與參數列決定，不包括函式名稱，一個函式指標可指向具有相同型態的函式，也就是具有相同傳回值型態和參數列的函式。

下面這個程式是個簡單的示範，它以函式指標ptr來取得函式foo()的位址，使用它來呼叫函式，將與使用foo()來呼叫函式具有相同的作用，程式以整 數方式顯示兩個的記憶體空間是相同的： 

#include <iostream> 
using namespace std; 

int foo(); 

int main() { 
    int (*ptr)() = 0; 

    ptr = foo; 

    foo(); 
    ptr(); 

    cout << "address of foo:" 
         << (int)foo << endl; 
    cout << "address of foo:" 
         << (int)ptr << endl; 

    return 0; 
} 

int foo() { 
    cout << "function point" << endl; 

    return 0; 
}

執行結果：
function point
function point
address of foo:4199502
address of foo:4199502

如果函式帶有參數，則函式指標本身的宣告也必須指定相同的參數型態與個數，下面這個程式用來顯示重載函式會分別佔據不同的記憶體空間： 

#include <iostream> 
using namespace std; 

int foo(int, int); 
char foo(int, char); 

int main() { 
    int (*ptr1)(int, int) = 0; 
    char (*ptr2)(int, char) = 0; 

    ptr1 = foo; // get address of foo(int, int) 
    ptr2 = foo; // get address of foo(int, char) 

    ptr1(1, 2); 
    ptr2(3, 'c'); 

    cout << "address of foo(int, int): " 
         << (int)ptr1 << endl; 
    cout << "address of foo(int, char): " 
         << (int)ptr2 << endl; 

    return 0; 
} 

int foo(int n1, int n2) { 
    cout << "foo(int, int): " 
         << n1 << "\t" << n2 
         << endl;

    return 0; 
} 

char foo(int n, char c) { 
    cout << "foo(int, char): " 
         << n << "\t" << c 
         << endl;

    return c; 
}

執行結果：
foo(int, int): 1        2
foo(int, char): 3       c
address of foo(int, int): 4199548
address of foo(int, char): 4199648

由於在宣告函式指標時已指定了參數列的資料型態與個數，所以雖然在指定ptr1與ptr2時都使用foo函式名稱，但程式仍可以自動判別出我們是要指定哪 個過載函式的位址。

來看看一個應用的例子，假設您要撰寫一個排序sort()函式，您希望排序時可以由大至小，也可以由小至大，比較簡單的作法是在sort()上加上一個額 外的參數，可以傳入常數或列舉，例如如果指定1的話就由大至小，指定0的話就由小至大，這需要在函式中加上額外的判斷，為了簡化sort()的撰寫，可以 傳入一個函式位址，函式中就無需額外的判斷，例如：
  • sort.h
void swap(int&, int&);
bool larger(int a, int b);
bool smaller(int a, int b);
void sort(int*, int, bool (*compare)(int, int));

  • sort.cpp
#include "sort.h";

void swap(int &a, int &b) {
    int t = a; 
    a = b; 
    b = t;
}

bool larger(int a, int b) {
    return a > b;
}

bool smaller(int a, int b) {
    return a < b;
}

void sort(int* arr, int length, bool (*compare)(int, int)) { 
    int flag = 1; 

    for(int i = 0; i < length-1 && flag == 1; i++) { 
        flag = 0; 
        for(int j = 0; j < length-i-1; j++) { 
            if(compare(arr[j+1], arr[j])) { 
                swap(arr[j+1], arr[j]); 
                flag = 1; 
            } 
        } 
    } 
}

  • main.cpp
#include <iostream> 
#include "sort.h"
using namespace std; 

int main() { 
    int number1[] = {3, 5, 1, 6, 9};
    sort(number1, 5, larger);
    cout << "大的在前 ";
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << number1[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    int number2[] = {3, 5, 1, 6, 9};
    sort(number2, 5, smaller);
    cout << "小的在前 ";
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << number2[i] << " ";
    }
    cout << endl;
 
    return 0; 
}

執行結果：
大的在前 9 6 5 3 1
小的在前 1 3 5 6 9

在函式中，不必理會傳入的實際函式，只要呼叫compare()就可以了，在這個例子中，您的sort()上的函式指標宣告有些難以閱讀，您可以使用 typedef，定義一個比較容易閱讀的名稱，例如：
  • sort.h
typedef bool (*CMP)(int, int);
void swap(int&, int&);
bool larger(int a, int b);
bool smaller(int a, int b);
void sort(int*, int, CMP);

  • sort.cpp
#include "sort.h"

void swap(int &a, int &b) {
    int t = a; 
    a = b; 
    b = t;
}

bool larger(int a, int b) {
    return a > b;
}

bool smaller(int a, int b) {
    return a < b;
}

void sort(int* arr, int length, CMP compare) { 
    int flag = 1; 

    for(int i = 0; i < length-1 && flag == 1; i++) { 
        flag = 0; 
        for(int j = 0; j < length-i-1; j++) { 
            if(compare(arr[j+1], arr[j])) { 
                swap(arr[j+1], arr[j]); 
                flag = 1; 
            } 
        } 
    } 
}

可以看到，重新使用typedef定義CMP名稱後，函式比較容易閱讀的多了。

您也可以宣告函式指標陣列，例如：
bool (*compare[10])(int, int);

上面這個宣告產生具有10個元素的陣列，可以儲存10個sort函式型態的位址，不過這樣的宣告實在難以閱讀，可以使用typedef來改進：
typedef bool (*CMP)(int, int);
CMP compare[10];

可以看到這次的宣告比較容易閱讀了。