1. 前言

本篇文章将接着指针详解(上)
继续深入介绍指针的详细细节

本篇的任务以介绍函数指针数组
和介绍指向函数指针数组的指针
为基础,为大家着重讲解库函数
qsort的实现!

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2. 函数指针数组

已知数组是一个用来存放相同
类型数据的存储空间,所以函数指针数组
实际上是一份存放类型全是
函数指针的空间

举个例子:

先写四个函数:

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}

int Mul(int x, int y)
{
	return x * y;
}

int Div(int x, int y)
{
	return x / y;
}

再使用它们:

int main()
{
	int (*pf1)(int, int) = Add;
	int (*pf2)(int, int) = Sub;
	int (*pf3)(int, int) = Mul;
	int (*pf4)(int, int) = Div;
	//函数指针数组
	int (*pfArr1[4])(int, int) = {Add, Sub, Mul, Div};
	int (*pfArr2[4])(int, int) = {pf1, pf2, pf3, pf4};//这两个数组存储的内容是一样的
	//
	return 0;
}

这里的pfArr1和pfArr2就是函数指针数组

可以这样理解这段代码:

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2.1 函数指针数组的用途

一个非常经典的用途就是计算器!

如果不使用函数指针数组的话
用户想要的加减乘除法
需要switch语句来实现
然而switch语句常常很冗杂

使用函数指针数组可以简化代码量!

比如:

int (* pfArr[5])(int, int) = {NULL, Add, Sub, Mul, Div};
                               0     1    2    3    4

定义一个函数指针数组的话
可以直接使用下标访问加减乘除函数
假如这里的计算器功能很多,那么!
使用数组显然比用冗杂的switch语句好

拓展:

函数指针数组的应用场景:
指针应用之转移表

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3. 指向函数指针数组的指针

已经开始套娃环节了
刚刚介绍的函数指针数组
它本质上还是一个数组,数组就有地址
而指向函数指针数组的指针就是一个指针
指针指向一个数组
数组的元素都是函数指针

比如:

void test(const char* str)
{
    printf("%s\n", str);
}
int main()
{
 //函数指针pfun
 void (*pfun)(const char*) = test;
 
 //函数指针的数组pfunArr
 void (*pfunArr[5])(const char* str);
 
 //指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArr
 void (*(*ppfunArr)[5])(const char*) = &pfunArr;
 
 return 0;
}

这段代码可以这样理解:

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3.1 回调函数

先了解一下回调函数的概念
为后面自我实现qsort做准备:

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。

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4. 库函数中qsort分析

首先qsort是一个用于排序的函数!

先来看官方的定义:

阅读文档可以知道以下内容:

1. base指针是传待排序的空间
2. num是指待排序元素个数
3. size是指每一个元素所占字节大小
4. 而最后一个参数是一个函数指针

经过仔细查阅资料可得:
函数指针指向的函数需要程序员自己实现
而又两个参数: 我称为A和B

A小于B: 返回值小于一
A大于B: 返回值大于一
A等于B: 返回值等于一

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4.1 为什么这个函数需要我们自己实现?

因为每一个类型的数据的比较方式不同
并且操作者想要比较的数据可以有多个

比如:

1. 整型的比较

int compar(void* x1,void* x2)
{
	return *(int*)x1 - *(*int)x2);
}

对代码的解释:

void*类型的数据不能直接解引用
所以要强制类型转换为int * 类型
假如你想要比较char类型的数据
这里就需要强制转换为char *

2. 浮点型的比较

int compar(void* x1,void* x2)
{
	return strcmp( (char*)x1, (char*)x2 );
}

对代码的解释:

字符不能单纯使用大于小于号比较
应该使用字符串操作函数比较大小

3. 结构体的比较

struct stu 
{
	char name[20]={0};//学生姓名
	int height =0;//学生身高
	int grade =0;//学生成绩
};

compar(void* x1,void* x2)//以学生身高作为比较基准
{
	return ((struct stu*)x1)->height -((struct stu*)x2)->height;
	       //强制转换为结构体指针   比较身高,指向height
}

compar(void* x1,void* x2)//以学生名字作为比较基准
{
	return strcmp(((struct stu*)x1)->name,((struct stu*)x2)->name);
	             强制类型转换为结构体指针  指向结构体中的name数组
}

对代码的解释:

在结构体中可以比较不同的成员
而比较前都应该先进行强制类型转换
并且指向对应的结构体成员

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4.2 库函数qsort的使用

假设我们需要排序一个整型数组
下面来使用一下qsort函数

int compar(void* x1,void*x2)
{
	return *(int*)x1 - *(int*)x2;
}

int main()
{
	int a[6]={6,2,9,4,3,5};
	qsort(a, 6, sizeof(int), compar);
	return 0;
}

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5. qsort函数的模拟实现

由于库函数中的qsort函数
的内部是由快速排序实现的
比较难理解
所以我们把内部简化为冒泡排序!

基本框架:

1. 两层 if 语句实现冒泡大框架
2. 比较大小时使用自定义函数compar
3. 交换函数使用自定义函数Swap

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5.1 大框架的实现

bubble_qsort(void* s, int sz, int width, int (*cmp)(void* x1, void* x2))
{
	for (int i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (比较条件函数)
			{
				Swap函数
			}
		}
	}
}

模仿库函数中的参数
用冒泡函数原理自己实现一个qsort!

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5.2 比较函数的实现

在本章的4.2部分已经模拟了很多情况
假设我们想要排序整型数组:

int cmp(void* x1, void* x2)//整数比较
{
	return *(int*)x1 - *(int*)x2;
}

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5.3 对于交换函数的思考

在使用冒泡排序时
我们通常已知待排序的数组的类型
所以能够使用不同的方法来交换不同类型

然而
qsort函数需要满足所有类型的交换

解决方法:

可以把数据一个字节一个字节的交换
任何类型的大小都大于等于一个字节
所以只需要知道数据所占字节数
就能解决这个问题!

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5.4 交换函数的实现

void Swap_by_bite(char* s1, char* s2, int width)
{
	for (int i = 0; i < width; i++)//一个字节一个字节的拷贝过去
	{
		char tmp = *s1;
		*s1 = *s2;
		*s2 = tmp;
		s1++;
		s2++;
	}
}

对代码的解释:

函数参数使用char*是因为
将数据单位化,方便以字节为单位交换
width参数是指数据所占字节大小

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5.5 qsort函数所有代码

int cmp(void* x1, void* x2)//整数比较
{
	return *(int*)x1 - *(int*)x2;
}

void Swap_by_bite(char* s1, char* s2, int width)
{
	for (int i = 0; i < width; i++)//一个字节一个字节的拷贝过去
	{
		char tmp = *s1;
		*s1 = *s2;
		*s2 = tmp;
		s1++;
		s2++;
	}
}

bubble_sort(void* s, int sz, int width, int (*cmp)(void* x1, void* x2))
{
	for (int i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (cmp((char*)s+j*width,(char*)s+(j+1)*width)>0)
			{
				Swap_by_bite((char*)s + j * width, (char*)s + (j + 1) * width, width);
			}
		}
	}
}

对代码的解释:

给cmp函数传参:s+j*width和
s+(j+1)*width可以这样理解:

而交换函数传参也是一个意思
并且Swap函数的参数是char*
所以需要我们强制类型转换传入的数据

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6. 总结

指针是C语言的一项利器
某些使用C语言编写的项目
使用高阶指针解决问题是家常便饭!
看似这种不断套娃的过程很鸡肋
实际上有一定的用途

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🔎 下期预告:自定义类型详解 🔍