Как сделать указатель на функцию
Обновлено: 07.07.2024
Когда я только начинал использовать С++, то всё время забывал синтаксис определения указателей на функции и особенно указателей на функции члены.
Позже узнал об одном небольшом lifehack'e, который помог мне избавиться от того что-бы держать в голове синтаксис определения указателей на ф-ции. Правда чуть позже этот всё само как-то осело у меня в голове и даже стало очевидно.
На днях показывал этот lifehack одному программисту и решил поделиться им здесь.
Что бы избежать долгих объяснений, приведу пример:
Допустим далее по коду нам нужно объявить указатель на test::foo.
Для того что-бы выяснить как он должен объявляться напишем следующее:
char c = &test::foo;
и попробуем собрать (для примера буду использовать компилятор от Microsoft, хотя проверял подобное на gcc и Comeau Online Compiller).
Получаем следующую ошибку:
Вот из этой ошибки мы и возьмем синтаксис объявления указателя на данный член ( явное указание типа вызова __thiscall — выкинем ):
int ( test::* )(const test &) const
Теперь добавим переменную и инициализацию:
int ( test::* func )(const test &) const = &test::foo;
В C, как и обычные указатели данных (int *, char * и т. Д.), У нас могут быть указатели на функции. Ниже приведен простой пример, который показывает объявление и вызов функции с использованием указателя на функцию.
printf ( "Value of a is %d\n" , a);
// fun_ptr - указатель на функцию fun ()
void (*fun_ptr)( int ) = &fun;
/ * Приведенная выше строка эквивалентна следующим двум
void (* fun_ptr) (int);
// Вызываем fun () используя fun_ptr
Ниже приведены некоторые интересные факты о указателях функций.
1) В отличие от обычных указателей, указатель на функцию указывает на код, а не на данные. Обычно указатель функции хранит начало исполняемого кода.
2) В отличие от обычных указателей, мы не выделяем выделенную память с помощью указателей на функции.
3) Имя функции также может быть использовано для получения адреса функции. Например, в приведенной ниже программе мы удалили адрес оператора '&' в присваивании. Мы также изменили вызов функции, удалив *, программа все еще работает.
printf ( "Value of a is %d\n" , a);
void (*fun_ptr)( int ) = fun; // & удалено
4) Как и обычные указатели, мы можем иметь массив указателей на функции. Ниже пример в пункте 5 показывает синтаксис для массива указателей.
5) Вместо корпуса переключателя можно использовать указатель функции. Например, в приведенной ниже программе пользователю предлагается выбрать между 0 и 2 для выполнения различных задач.
void add( int a, int b)
printf ( "Addition is %d\n" , a+b);
void subtract( int a, int b)
printf ( "Subtraction is %d\n" , a-b);
void multiply( int a, int b)
printf ( "Multiplication is %d\n" , a*b);
// fun_ptr_arr - массив указателей на функции
unsigned int ch, a = 15, b = 10;
printf ( "Enter Choice: 0 for add, 1 for subtract and 2 "
if (ch > 2) return 0;
6) Как и обычные указатели данных, указатель функции может быть передан в качестве аргумента, а также может быть возвращен из функции.
Например, рассмотрим следующую C-программу, где wrapper () получает void fun () в качестве параметра и вызывает переданную функцию.
// Две простые функции
// Функция, которая получает простую функцию
// как параметр и вызывает функцию
void wrapper( void (*fun)())
Этот момент особенно полезен в Си. В Си мы можем использовать указатели на функции, чтобы избежать избыточности кода. Например, простая функция qsort () может использоваться для сортировки массивов в порядке возрастания или убывания, или в любом другом порядке в случае массива структур. Кроме того, с помощью указателей на функции и указателей на пустоту можно использовать qsort для любого типа данных.
// Пример функции сравнения
// для сортировки целочисленного массива в порядке возрастания.
// Сортировать любой массив для любого другого типа данных и / или
// критерии, все, что нам нужно сделать, это написать больше сравнить
// функции. И мы можем использовать тот же qsort ()
int compare ( const void * a, const void * b)
return ( *( int *)a - *( int *)b );
int n = sizeof (arr)/ sizeof (arr[0]), i;
qsort (arr, n, sizeof ( int ), compare);
printf ( "%d " , arr[i]);
Подобно qsort (), мы можем написать свои собственные функции, которые можно использовать для любого типа данных и выполнять различные задачи без избыточности кода. Ниже приведен пример функции поиска, которую можно использовать для любого типа данных. Фактически мы можем использовать эту функцию поиска, чтобы найти близкие элементы (ниже порога), написав настроенную функцию сравнения.
// Функция сравнения, используемая для поиска целого числа
// массив
bool compare ( const void * a, const void * b)
return ( *( int *)a == *( int *)b );
// Функция общего назначения search (), которую можно использовать
// для поиска элемента * x в массиве arr [] of
// arr_size. Обратите внимание, что пустые указатели используются так, чтобы
// функцию можно вызвать, передав указатель
// любой тип. ele_size - размер элемента массива
int search( void *arr, int arr_size, int ele_size, void *x,
bool compare ( const void * , const void *))
// Поскольку char занимает один байт, мы можем использовать указатель на char
Необходимо придерживаться следующей формы объявления:
Начиная с c++11 можно объявить через using :
Очень удобная вещь ( но, конечно, это не касается Pure C, кой был в метках ). Тут Вам и указатели на функции, и на методы класса, и на функторы (!), и всякие мутки с bind и place-холдерами.
Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками c c++ или задайте свой вопрос.
Связанные
Похожие
Для подписки на ленту скопируйте и вставьте эту ссылку в вашу программу для чтения RSS.
дизайн сайта / логотип © 2022 Stack Exchange Inc; материалы пользователей предоставляются на условиях лицензии cc by-sa. rev 2022.1.28.41306
Ссылка reference — механизм языка программирования (C++), позволяющий привязать имя к значению. В частности, ссылка позволяет дать дополнительное имя переменной и передавать в функции сами переменные, а не значения переменных.
Синтаксически ссылка оформляется добавлением знака & (амперсанд) после имени типа. Ссылка на ссылку невозможна.
Ссылка требует инициализации. В момент инициализации происходит привязка ссылки к тому, что указано справа от = . После инициализации ссылку нельзя “отвязать” или “перепривязать”.
Любые действия со ссылкой трактуются компилятором как действия, которые будут выполняться над объектом, к которому эта ссылка привязана. Следующий пример демонстрирует ссылку в качестве дополнительного имени переменной.
Казалось бы, зачем нам второе имя переменной? Ответа может быть, по крайней мере, два.
- Что-то имеет слишком длинное, неудобное название. Привязав к нему ссылку, мы получим более удобное, короткое локальное название. При этом мы можем не указывать тип этого “чего-то”, можно использовать вместо типа ключевое слово auto :
- Выбор объекта привязки ссылки может происходить во время исполнения программы и зависеть от некоего условия. Пример:
Впрочем, основным применением ссылок является передача параметров в функции “по ссылке” и возвращение функциями ссылок на некие внешние объекты.
Передача по ссылке by reference напоминает передачу “по имени”. Таким образом, можно сказать, что, используя ссылки, мы передаём не значения, а сами переменные, содержащие эти значения. В реальности “за ширмой” происходит передача адресов этих переменных. Передача ссылки на переменную, время жизни которой заканчивается, например, возврат из функции ссылки на локальную переменную, приводит к неопределённому поведению.
Ранний пример использования ссылок для возврата из функции более одного значения представлен в самостоятельной работе 3.
Приведём здесь ещё один пример: функцию, которая возвращает одну из двух переменных, содержащую максимальное значение. Для этого модифицируем предыдущий пример:
Так как при передаче ссылки реально копируется лишь адрес значения, а не само значение, то передав ссылку можно избежать копирования значения. Поэтому ссылки широко используются для передачи в функцию аргументов, которые или запрещено копировать или вычислительно дорого копировать. Типичный пример — объекты string. При копировании строки происходит выделение динамической памяти, копирование всех символов, затем — при удалении этой копии — освобождение памяти. Часто нет никакой необходимости в копировании. Например, следующей функции, считающей количество повторений заданного символа в строке нет нужды копировать строку — можно обойтись ссылкой:
Обратите внимание на ключевое слово const . Данное ключевое слово позволяет нам указать, что мы хотим ссылку на константу, т.е. функция char_freq использует s как константу и не пытается её изменять, а ссылка нужна для того, чтобы избежать копирования. Рекомендуется использовать const везде, где достаточно константы. Компилятор проверит, действительно ли мы соблюдаем константность.
Ставить слово const можно перед именем типа и после имени типа, это эквивалентные записи.
Общие сведения
Что такое указатель pointer уже рассказывалось во введении.
В C и C++ указатель определяется с помощью символа * после типа данных, на которые этот указатель будет указывать.
Указатель — старший родственник ссылки. Указатели активно использовались ещё в машинных языках и оттуда были перенесены в C. Ссылки же доступны только в C++.
Указатели — простые переменные. Указатели не “делают вид”, что они — те значения в памяти, к которым они привязаны. Чтобы получить указатель на переменную, нужно явно взять её адрес с помощью оператора & . Чтобы обратиться к переменной, на которую указывает указатель, требуется явно разыменовать его с помощью оператора * .
Так же, как и в случае ссылок, можно использовать ключевое слово const , чтобы создать указатель на константу.
Указатели можно сравнивать друг с другом. Указатели равны, если указывают на один и тот же объект, и не равны в противном случае.
Указатели можно передавать в функции и возвращать из функций как и любые “элементарные” значения. Ещё пример с указателями:
Для обращения к полю структуры по указателю на объект структуры предусмотрен специальный оператор -> (“стрелка”).
В отличие от ссылок, указатели не обязательно инициализировать. Указатели можно инициализировать специальным значением нулевой указатель nullptr , которое сигнализирует об отсутствии привязки указателя к чему-либо. Присваивание указателю другого адреса меняет его привязку. Это позволяет использовать указатели там, где семантика ссылок слишком сильно ограничивает наши возможности.
Соответственно, ограничения, накладываемые на ссылки по сравнению с указателями, позволяют, с одной стороны, защитить программиста от ряда ошибок, и, с другой стороны, открывают ряд возможностей оптимизации кода для компилятора. Ссылки используются там, где нет нужды в “полноценных” указателях или есть желание не перегружать код взятиями адреса и разыменованиями.
Наличие нулевого указателя позволяет, например, возвращать указатель на искомый объект и в том случае, когда ничего не было найдено. Просто в этой ситуации возвращаем нулевой указатель, а принимающая сторона должна быть готова к такому развитию событий. Указатель автоматически преобразуется к булевскому значению: нулевой указатель даёт false , прочие указатели дают true , поэтому, если p — указатель, то
есть то же самое, что
есть то же самое, что
Например, поиск самого левого нуля в массиве чисел с плавающей точкой может быть записан так:
Данный пример использует арифметику указателей и массивы. Данная тема освещена в разделе массивы и ссылки.
Бестиповый указатель
Вместо типа данных при объявлении указателя можно поставить ключевое слово void . Данное ключевое слово означает, что мы описываем указатель “на что угодно”, т. е. просто адрес в памяти. Любой указатель автоматически приводится к типу void* — бестиповому указателю typeless pointer . Прочие указатели, соответственно, называются типизированными или типизованными typed . Приведение от void* к типизованному указателю возможно с помощью оператора явного приведения типа.
В C бестиповые указатели широко применяются для оперирования кусками памяти или реализации обобщённых функций, которые могут работать со значениями разных типов. В последнем случае конкретный тип маскируется с помощью void (“пустышка”). При использовании таких функций обычно приходится где-то явно приводить тип указателей. C++ позволяет отказаться от подобной практики благодаря поддержке полиморфизма и обобщённого программирования (материал 2-го семестра).
О цикле for (int byte: buffer) см. здесь.
Указатель на указатель
Так как указатель — обычная переменная, возможен указатель на указатель. И указатель на указатель на указатель. И указатель (на указатель) n раз для натурального n. Максимальный уровень вложенности задаётся компилятором, но на практике уровни больше 2 практически не используются.
“Система ранжирования C-программистов.
Чем выше уровень косвенности ваших указателей (т. е. чем больше “*” перед вашими переменными), тем выше ваша репутация. Беззвёздочных C-программистов практически не бывает, так как практически все нетривиальные программы требуют использования указателей. Большинство являются однозвёздочными программистами. В старые времена (ну хорошо, я молод, поэтому это старые времена на мой взгляд) тот, кто случайно сталкивался с кодом, созданный трёхзвёздочным программистом, приходил в благоговейный трепет.
Некоторые даже утверждали, что видели трёхзвёздочный код, в котором указатели на функции применялись более чем на одном уровне косвенности. Как по мне, так эти рассказы столь же правдивы, сколь рассказы об НЛО.
Просто чтобы было ясно: если вас назвали Трёхзвёздочным Программистом, то обычно это не комплимент."
Условия для проверки себя на “трёхзвёздность” перечислены на другой странице того же сайта.
В случае C указатели на указатели (уровень косвенности 2) используются довольно часто, например, для возвращения указателя из функции, которая возвращает ещё что-то, или для организации двумерных массивов. Пример такой функции из Windows API:
Функция принимает имя файла как указатель на си-строку lpFileName, а также размер буфера nBufferLength в символах и адрес буфера lpBuffer, куда записывается в виде си-строки полное имя файла. Функция возвращает длину строки, записанной в буфер, или 0, если произошла ошибка. Кроме того, последний параметр функции — указатель на указатель на си-строку lpFilePart, который используется, чтобы вернуть из функции указатель на последнюю часть имени файла, записанного в буфер.
В случае C++ с помощью ссылок и Стандартной библиотеки можно вообще избежать использования “классических” указателей. Так что “беззвёздочный” C++-программист возможен.
Неограниченный уровень косвенности
Несмотря на ограниченность применения уровня косвенности выше двух, довольно часто встречается то, что можно назвать неограниченным уровнем косвенности или рекурсивным типом данных. Типичный (и простейший) пример — структура данных, называемая “связанный список” linked list .
Следующий пример демонстрирует использование связанного списка для чтения последовательности строк и вывода этой последовательности в обратном порядке:
Упражнение. Попробуйте изменить этот пример так, чтобы введённые строки выводились в том же порядке, в котором были введены.
Язык C позволяет определять указатели на функции (в указателе хранится адрес точки входа в функцию) и вызывать функции по указателю. Таким образом, можно во время исполнения программы выбирать какая именно функция будет вызвана в конкретной точке, выбирая значение указателя. Язык C++ позволяет создавать также и ссылки на функции, но ввиду того, что ссылка после инициализации не может быть изменена, область применения ссылок на функции весьма узка.
Функцией высшего порядка higher order function называют функцию, принимающую в качестве параметров другие функции. Функции высшего порядка — одно из базовых понятий функционального программирования. Единственная форма функций высшего порядка в C — функции, принимающие указатели на функции. Язык C++ расширяет круг доступных форм функций высшего порядка, но в примерах ниже мы ограничимся возможностями C.
Простой пример использования указателя на функцию — функция, решающая уравнение вида f(x) = 0, где f(x) — произвольная функция. Конкретные функции f можно передавать по указателю. Приведение функций к указателю на функцию и наоборот производится неявно автоматически, поэтому при присваивании указателю адреса конкретной функции можно не использовать оператор взятия адреса & , а при вызове функции по указателю — не использовать оператор разыменования * (поведение, аналогичное поведению с массивами).
В качестве простого примера применения функции обратного вызова рассмотрим функцию, занимающуюся поиском набора корней уравнения f(x) = 0 на заданном отрезке. Сама функция будет работать по достаточно простому алгоритму (который, естественно, не гарантирует, что будут найдены все или даже какие-то из существующих на отрезке корней): предполагаем, что есть некая функция, способная найти один корень на отрезке, если он там есть (например, функция nsolve из примера выше). Теперь берём исходный отрезок поиска [a, b] и некоторое значение “шага” step и проходим по этому отрезку с этим шагом, проверяя участки [a + i step, min(b, a + (i + 1)step], i = 0, … пока не пересечём правую границу отрезка. На каждом участке проверяем, являются ли его границы корнями, и есть ли на нём корень (принимает ли функция f разнознаковые значения на границах). В последнем случае используем “решатель” вроде nsolve (переданный по указателю), чтобы найти корень. Каждый найденный корень — это событие, вызываем для него “обработчик” — функцию обратного вызова по указателю report.
Следующий пример демонстрирует “двухзвёздное программирование” и использование указателя на функцию для определения порядка сортировки массива строк с помощью стандартной функции qsort .
Функция qsort является частью Стандартной библиотеки C. Стандартная библиотека C++ предлагает более удобную и эффективную функцию sort (определённую в заголовочном файле ), однако её рассмотрение выходит за пределы темы данного раздела.
Следующий пример является развитием примера со списком из предыдущего подраздела и использует бестиповые указатели, указатели на указатели и указатели на функции для управления “обобщённым” связанным списком в стиле C. Звенья такого списка могут содержать произвольные данные. Основное требование к звеньям списка — наличие в начале звена указателя на следующее звено, фактически каждый предыдущий указатель указывает на следующий.
Теперь сама программа, выводящая строки в обратном порядке, упрощается:
Впрочем, необходимо отметить, что сочетая такие приёмы со средствами C++, выходящими за пределы “чистого” C, вы рискуете нарваться на неопределённое поведение. Низкоуровневые средства требуют особой внимательности, так как компилятор в таких случаях не страхует программиста. В частности, в общем случае нельзя интерпретировать произвольный указатель как void* и наоборот без выполнения приведения типа. А это может произойти неявно, например, в примере выше мы полагаем, что указатель prev, указывающий на объект структуры Line совпадает с указателем на поле prev этого объекта.
Правило чтения сложных описаний типов
Конструкции, определяющие переменные или вводящие новые типы в языках C и C++, могут порой иметь довольно запутанный вид. Ниже дано правило, помогающее разобраться в смысле сложных конструкций.
- Начиная с имени (в случае typedef , в случае using имя находится вне — см. ниже), читать вправо, пока это возможно (до закрывающей круглой скобки или точки с запятой).
- Пока невозможно читать вправо, читать влево (убирая скобки).
Некоторые примеры “расшифровки” типов переменных:
Разница между typedef и using
Директива typedef объявляет синоним типа. Используется синтаксис определения переменной, к которой добавили ключевое слово typedef , только вместо собственно переменной вводится синоним типа этой как-бы переменной с её именем.
В С++11 появилась возможность объявлять синонимы типов с помощью using-директивы в стиле инициализации переменных:
Объявление typedef можно превратить в using-директиву, заменив typedef на using , вставив после using имя типа и знак равно и убрав это имя типа из объявления справа.
Читайте также: