嵌入式C语言，函数指针的六个常见应用场景

工程师进阶笔记

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函数指针是一种非常强大的编程工具，它可以让我们以更加灵活的方式编写程序。在本文中，我们将介绍 6 个函数指针的高级应用场景，并贴出相应的代码案例和解释。
一、回调函数
( E3 E; k; k8 A) V2 k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：

void handle_event(int event_type, void (*callback)(void)){    printf("event %d occurred
# A8 E! F9 X* O8 g9 W. J: K", event_type);    if (callback)    {        callback();    }}void callback_function(){    printf("callback function called
5 E* {5 H' L2 V  Q");}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。
二、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：

void process_array(int *array, size_t size, int (*process)(int)){    for (size_t i = 0; i     {        array = process(array);    }}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     {        printf("%d ", array);    }    printf("
");    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。
三、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：

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     {        printf("%d ", array);    }    printf("
6 j+ }1 O# w6 x2 n; r");    sort(array, size, compare_reverse_int);    for (size_t i = 0; i     {        printf("%d ", array);    }    printf("
");    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。
* S% k) M/ Y; ^8 N" l" A四、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：

void add(int a, int b){    printf("%d + %d = %d
", a, b, a + b);}void subtract(int a, int b){    printf("%d - %d = %d
+ G- n8 e5 L- G4 f" n" v", a, b, a - b);}void multiply(int a, int b){    printf("%d * %d = %d
", a, b, a * b);}void divide(int a, int b){    if (b == 0)    {        printf("cannot divide by zero
6 @1 v) ]1 }$ [. A$ m");    }    else    {        printf("%d / %d = %d
", 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     {      operations(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。
1 _7 R2 ]2 a' ^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。
! `9 o! t' \, `! ?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。
五、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：

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     {        swap(&nums[depth], &nums);        permute(nums, len, depth + 1, callback);        swap(&nums[depth], &nums);    }}void print_array(const int *arr, size_t len){    for (size_t i = 0; i     {       printf("%d ", arr); }      printf("
  _3 K: H& q* e% j1 `/ @");   }}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。
9 U% @! |# T  i7 E5 B( t! |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。
/ i# `* N7 A% h% M" j# }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。
$ Y: O2 U: S6 t$ ~" c! Y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。
六、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。
  e+ P8 p. e, e# ^$ Q" q以下是一个使用函数指针实现多态的示例：
: T/ Z3 h8 O8 B6 y, G

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.
" O9 m% m' |9 b", 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.
", 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->draw(shapes);     }    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。
! ?7 I0 X$ e/ i5 b7 j% S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。
( r7 `8 I) b  k; [总结
" R" q+ A" [/ r! W" S: M1 Y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。
' c4 n8 k) {4 U: W5 `5 P7 z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。
; m2 U  [* E+ K3 M' D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。
原文：https://zhuanlan.zhihu.com/p/625882785文章来源于网络，版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。
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* L  b+ ~. b# y% f9 k- Q7 j% g明显感觉到一种趋势，嵌入式端侧AI的学习成本，在不断下降！
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- O5 G- y, d% ?非常不错的单片机科普总结，值得收藏！
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