C++学习之普通函数指针与成员函数指针

函数指针(function pointer)是通过指向函数的指针间接调用函数。相信很多人对指向一般函数的函数指针使用的比较多,而对指向类成员函数的函数指针则比较陌生。我最近也被问到了这方面的问题,心中却也没有清晰的答案。故决定去查阅资料,并按照自己的思路写下这篇学习总结。

普通函数指针

通常我们所说的函数指针指的是指向一般普通函数的指针。和其他指针一样,函数指针指向某种特定类型,所有被同一指针运用的函数必须具有相同的形参类型和返回类型。

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int (*pf)(int, int);   // 声明函数指针

这里,pf指向的函数类型是int (int, int),即函数的参数是两个int型,返回值也是int型。注:*pf两端的括号必不可少,如果不写这对括号,则pf是一个返回值为int指针的函数。

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#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;

typedef int (*pFun)(int, int); // typedef一个类型

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

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

string merge(const string& s1, const string& s2){
return s1+s2;
}

int main()
{

pFun pf1 = add;
cout << (*pf1)(2,3) << endl; // 调用add函数
pf1 = mns;
cout << (*pf1)(8,1) << endl; // 调用mns函数
string (*pf2)(const string&, const string&) = merge;
cout << (*pf2)("hello ", "world") << endl; // 调用merge函数
return 0;
}

如示例代码,直接声明函数指针变量显得冗长而烦琐,所以我们可以使用typedef定义自己的函数指针类型。另外,函数指针还可以作为函数的形参类型,实参则可以直接使用函数名。

成员函数指针

成员函数指针(member function pointer)是指可以指向类的非静态成员函数的指针。类的静态成员不属于任何对象,因此无须特殊的指向静态成员的指针,指向静态成员的指针与普通指针没有什么区别。与普通函数指针不同的是,
成员函数指针不仅要指定目标函数的形参列表和返回类型,还必须指出成员函数所属的类。因此,我们必须在*之前添加classname::以表示当前定义的指针指向classname的成员函数:

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int (A::*pf)(int, int);   // 声明一个成员函数指针

同理,这里A::*pf两端的括号也是必不可少的,如果没有这对括号,则pf是一个返回A类数据成员(int型)指针的函数。注意:和普通函数指针不同的是,在成员函数和指向该成员的指针之间不存在自动转换规则。

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pf = &A::add;   // 正确:必须显式地使用取址运算符(&)
pf = A::add; // 错误

当我们初始化一个成员函数指针时,其指向了类的某个成员函数,但并没有指定该成员所属的对象——直到使用成员函数指针时,才提供成员所属的对象。下面是一个成员函数指针的使用示例:

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class A;
typedef int (A::*pClassFun)(int, int); // 成员函数指针类型

class A{
public:
int add(int m, int n){
cout << m << " + " << n << " = " << m+n << endl;
return m+n;
}
int mns(int m, int n){
cout << m << " - " << n << " = " << m-n << endl;
return m-n;
}
int mul(int m, int n){
cout << m << " * " << n << " = " << m*n << endl;
return m*n;
}
int dev(int m, int n){
cout << m << " / " << n << " = " << m/n << endl;
return m/n;
}

int call(pClassFun fun, int m, int n){ // 类内部接口
return (this->*fun)(m, n);
}
};

int call(A obj, pClassFun fun, int m, int n){ // 类外部接口
return (obj.*fun)(m, n);
}

int main()
{

A a;
cout << "member function 'call':" << endl;
a.call(&A::add, 8, 4);
a.call(&A::mns, 8, 4);
a.call(&A::mul, 8, 4);
a.call(&A::dev, 8, 4);
cout << "external function 'call':" << endl;
call(a, &A::add, 9, 3);
call(a, &A::mns, 9, 3);
call(a, &A::mul, 9, 3);
call(a, &A::dev, 9, 3);
return 0;
}

如示例所示,我们一样可以使用typedef定义成员函数指针的类型别名。另外,我们需要留意函数指针的使用方法:对于普通函数指针,是这样使用(*pf)(arguments),因为要调用函数,必须先解引用函数指针,而函数调用运算符()的优先级较高,所以(*pf)的括号必不可少;对于成员函数指针,唯一的不同是需要在某一对象上调用函数,所以只需要加上成员访问符即可:

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(obj.*pf)(arguments)         // obj 是对象
(objptr->*pf)(arguments) // objptr是对象指针


函数表驱动

对于普通函数指针和指向成员函数的指针来说,一种常见的用法就是将其存入一个函数表(function table)当中。当程序需要执行某个特定的函数时,就从表中查找对应的函数指针,用该指针来调用相应的程序代码,这个就是函数指针在表驱动法中的应用。

表驱动法(Table-Driven Approach)就是用查表的方法获取信息。通常,在数据不多时可用逻辑判断语句(if…else或switch…case)来获取信息;但随着数据的增多,逻辑语句会越来越长,此时表驱动法的优势就体现出来了。

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#include<iostream>
#include<string>
#include<map>
using namespace std;

class A;
typedef int (A::*pClassFun)(int, int);

class A{
public:
A(){ // 构造函数,初始化表
table["+"] = &A::add;
table["-"] = &A::mns;
table["*"] = &A::mul;
table["/"] = &A::dev;
}
int add(int m, int n){
cout << m << " + " << n << " = " << m+n << endl;
return m+n;
}
int mns(int m, int n){
cout << m << " - " << n << " = " << m-n << endl;
return m-n;
}
int mul(int m, int n){
cout << m << " * " << n << " = " << m*n << endl;
return m*n;
}
int dev(int m, int n){
cout << m << " / " << n << " = " << m/n << endl;
return m/n;
}
// 查找表,调用相应函数
int call(string s, int m, int n){
return (this->*table[s])(m, n);
}
private:
map<string, pClassFun> table; // 函数表
};

// 测试
int main()
{

A a;
a.call("+", 8, 2);
a.call("-", 8, 2);
a.call("*", 8, 2);
a.call("/", 8, 2);
return 0;
}

上面是一个示例,示例中的“表”通过map来实现(当然也可以使用数组)。表驱动法使用时需要注意:一是如何查表,从表中读取正确的数据;二是表里存放什么,如数值或函数指针。