指针和函数

苏丙榅2023-10-032023-10-03

函数和指针在 C/C++ 中常常一起使用，指针可以用于传递函数参数、返回函数结果或者作为函数的返回值。这样做可以实现更灵活和高效的程序设计。

下面是一些常见的函数和指针的使用方式：

1. 指针做函数参数

1.1 参数为变量

可以将指针作为函数的参数，从而在函数内部直接访问并修改指针所指向的变量。这样可以避免在函数调用时进行变量的拷贝，提高程序的运行效率。

需求：编写一个函数实现两个变量之间的值的交换

#include <stdio.h>

void swap1(int x, int y)
{
    int tmp;
    tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y);
}

void swap2(int* x, int* y)
{
    int tmp;
    tmp = *x;
    *x = *y;
    *y = tmp;
}

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 5;
    swap1(a, b); // 值传递
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

    a = 3;
    b = 5;
    swap2(&a, &b); // 地址传递
    printf("a2 = %d, b2 = %d\n", a, b);

    return 0;
}

程序输出的结果如下:

1
2
3

x = 5, y = 3
a = 3, b = 5
a2 = 5, b2 = 3

在上面代码中一共编写了两个交换函数swap1和swap2，参数个数相同但是类型不同，通过输出的结果可以看出swap2函数完成了变量之间的数据交换，swap1没有，其主要原因是这样的：

swap1函数的参数是数值，参数传递的是值，在传递过程中实参会发生拷贝，此时形参和实参变量对应的内存地址是不同的，在函数体内部交换的是参数的值，而不是外部实参的值
swap2函数的参数是指针，参数传递的是地址，形参指针指向的地址和实参变量的地址是相同的，因此在函数体内部通过形参指针就可以交换实参变量内部的数值了。

1.2 参数为数组

数组名也可以做函数参数，但是数组类型的形参最终会退化为指针：

//void printArrary(int a[10], int n)
//void printArrary(int a[], int n)
void printArrary(int* a, int n)
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("%d, ", a[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

    //数组名做函数参数
    printArrary(a, n);
    return 0;
}

通过上面的示例代码可以得知，数组做函数参数的时候，对于形参而言有三种写法：

指定为数组类型，并且指定了数组的最大容量，必须和实参容量保持一致
- void printArrary(int a[10], int n)
指定为数组类型，没有指定数组的最大容量，需要通过实参进行推导
- void printArrary(int a[], int n)
指定为指针类型，通过形参指针指向实参数组的地址
- void printArrary(int* a, int n)

由于数组类型的形参最终会退化为指针，所以有一个细节需要额外注意：在函数体内部不能通过运算符 sizeof（形参）的方式对数组进行内存大小的计算，因为这样计算出的是指针自身所占用的内存大小（得到的结果是4字节或者8字节），而我们想要知道的是指针指向的内存的大小。所以在进行数组传递的时候，都会给函数添加一个额外的整形参数用于标记当前这个数组的容量。

2. 指针做函数返回值

函数可以返回指针，这样可以在函数外部获取指针所指向的数据。需要额外注意返回的指针指向的内存的生命周期。

2.1 返回局部数据

局部数据是在函数内部定义的变量，它们的作用范围被限制在所在的函数块内。局部数据只在函数执行期间存在，并且在函数执行结束时会自动被销毁，释放相关的内存空间。

以下是一个示例，展示了局部数据的使用：

#include <stdio.h>

int* getValue(int num)
{
    int number = num * 2 - 66;
    return &number;
}

int main()
{
    int *val = getValue(66);
    printf("value = %d\n", *val);

    return 0;
}

执行上面的程序打印出的结果有两种：正确或者错误。上面的程序有一个隐藏的Bug：getValue 函数内部的 number 是一个局部变量，函数调用结束之后，这个变量对应的存储空间也就被释放了，此时函数调用者通过函数返回值拿到的地址就是非法的，这块地址随时都可能被分配给其它的变量并且被写入新的值，所以我们通过指针取出的数据可能正确也可能错误。

2.2 返回全局数据

全局数据是在函数外部定义的变量，它们在整个程序的执行期间都是有效的，其作用范围跨越了多个函数的调用。

以下是一个示例，展示了全局数据的使用：

#include <stdio.h>

int a = 10;
int* getA(int num)
{
    a = num * 3 % 9;
    return &a;
}

int main()
{
    int *val = getA(16);
    printf("val = %d\n", *val);

    return 0;
}

上面的代码中通过使用全局变量，解决了变量内存生命周期问题，但仔细思考一下会发现这么写没有任何意义可言，全局部变量可以直接使用，完全不需要通过返回值的方式将其传递给函数调用者，在后面的章节中会给大家详细讲解如何动态申请存储空间，这样函数返回指针就变得有意义了。

3. 函数指针

函数指针是指向函数的指针变量。它们可以用于动态地调用不同的函数，实现程序的灵活性和可扩展性。

以下是一个示例，展示了函数指针的使用：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) 
{
    return a + b;
}

int subtract(int a, int b) 
{
    return a - b;
}

int main() 
{
    // 定义一个函数指针，指向有两个整型参数和整型返回值的函数
    int (*funcPtr)(int, int);  
    // 将函数指针指向 add 函数
    funcPtr = &add;  
    // 通过函数指针调用 add 函数
    int result = funcPtr(3, 4);  
    printf("Result of addition: %d\n", result);

    // 将函数指针指向 subtract 函数
    funcPtr = &subtract;  
    // 通过函数指针调用 subtract 函数
    result = funcPtr(5, 2);  
    printf("Result of subtraction: %d\n", result);

    return 0;
}