C语言函数指针详解：从声明到调用，理解回调机制与多态基础

在 C 语言编程中，函数指针是一个强大且核心的概念。它指的是一个指向函数的指针变量。通过这个指针，你可以间接地调用它所指向的函数。这项技术是 C 语言实现类似 C++ 中多态（Polymorphism）功能的基础，尤其在驱动开发和操作系统内核（如 Linux 内核）中应用广泛。

当我们谈论函数时，它经过编译后会变成 CPU 可以执行的机器指令，这些指令存储在内存的特定区域（通常是只读的代码段）。函数名在编译后，本质上就代表了这个函数代码块在内存中的起始地址，一个固定的常量。

理解了这一点，函数指针的概念就清晰了：我们定义一个指针变量，让它存储某个函数的入口地址。之后，通过操作这个指针，就能达到调用对应函数的目的。这为程序设计带来了极大的灵活性，例如实现回调函数和插件架构。

每个函数都有其特定的类型。例如，对于函数 int fx(char c, double d) {return 0;}，它的类型是 int(char, double)。相应地，指向这类函数的指针类型就是 int(*)(char, double)。

函数指针的定义语法

那么，如何声明一个函数指针呢？其标准语法如下：

返回类型 (*指针名)(形参类型1, 形参类型2, ...) = 初始值;

关键说明：

1. 指针名：必须是一个合法的标识符。
2. 返回类型：若函数无返回值，此处应写 void。
3. 形参列表：(形参类型1, 形参类型2, ...) 指明了指向函数的参数类型。如果函数没有参数，可以写作 () 或 (void)。
4. 初始值：定义时可以省略 = 初始值 部分。如果赋值，初始值必须是同类型的函数地址或 NULL。

如何获取函数地址并为指针赋值？

在 C 语言中，函数名本身作为一个表达式使用时，其值就是该函数的起始地址。有趣的是，对函数名使用取地址运算符 &，得到的结果也是同一个地址。两者完全等价。

例如，对于函数 void fy(double a, double b){}：

• 表达式 fy 的值是函数起始地址，类型为 void(*)(double, double)。
• 表达式 &fy 的值同样是函数起始地址，类型也是 void(*)(double, double)。

因此，为函数指针赋值时，直接用函数名或对其取地址都是正确的。

通过函数指针调用函数

得到函数指针后，调用其指向的函数有两种等价语法：

函数指针(实际调用参数1, 实际调用参数2, ...)
// 或
(*函数指针)(实际调用参数1, 实际调用参数2, ...)

第一种方式是直接通过指针调用，第二种是先解引用指针再调用。从编译器的角度来看，这两种形式产生的效果完全相同。函数调用本身也是一个表达式，拥有返回值和类型。

完整代码示例

下面我们通过一个具体例子来演示：定义一个函数指针，让它先后指向两个不同的函数，并进行调用。

// filename: function_pointer.c
#include <stdio.h>

int myadd(int x, int y) {
    printf("%d + %d = %d\n", x, y, x+y);
    return x + y;
}

int mymul(int x,int y) {
    printf("%d * %d = %d\n", x, y, x*y);
    return x * y;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int value;
    // 声明一个指向 int(int, int) 类型函数的函数指针 pfun，并初始化为 NULL
    int(*pfun)(int,int) = NULL;

    pfun = myadd;  // 让 pfun 指向 myadd  函数
    pfun(1, 2);  // 使用指针直接调用 myadd 函数
    (*pfun)(3, 4);  // 使用指针解引用后调用 myadd 函数

    pfun = mymul;
    pfun(5, 6);
    (*pfun)(7, 8);

    pfun = &myadd;  // 函数取地址也同样是函数的地址。
    value = pfun(9,10);  // 将函数调用的返回值赋值给 value
    printf("pfun(9, 10) 的返回值是 %d\n", value);

    return 0;
}

将上述代码保存并编译运行，可以看到预期的结果：

weimingze@mzstudio:~$ gcc -o function_pointer function_pointer.c
weimingze@mzstudio:~$ ./function_pointer
1 + 2 = 3
3 + 4 = 7
5 * 6 = 30
7 * 8 = 56
9 + 10 = 19
pfun(9, 10) 的返回值是 19

进阶思考：函数指针数组

掌握了单个函数指针后，可以挑战一个更实用的结构：函数指针数组。它允许你将多个相同签名的函数组织在一起，通过索引来动态选择并调用，这在实现状态机或命令表时非常有用。

定义函数指针数组的语法如下：

返回类型 (*数组名[元素个数])(形参类型1, 形参类型2, ...) = {初始值1, 初始值2, ...};

动手实验：
尝试定义一个包含三个元素的函数指针数组，让每个元素指向一个参数和返回值类型相同的不同函数。然后编写一个循环，遍历这个数组，并依次调用每个函数指针所指向的函数。这个练习能帮助你深刻理解如何批量管理并动态调用函数，是迈向高级 C 语言编程的重要一步。

希望这篇关于 C 语言函数指针的解析能帮助你打下坚实的基础。如果你想深入探讨更多关于 C/C++ 的底层细节或系统设计模式，欢迎在云栈社区与我们交流。