第三章 函数与指针

程序中的栈和堆

• 程序帧是支持函数执行的内存区域，与堆共享内存区域
• 栈在程序帧下部，由下往上增长；堆在上部，由上往下增长
• 栈存放函数参数和局部变量，堆管理动态内存
• 栈帧保存以下元素
  • 返回地址
  • 局部数据存储
  • 参数存储
  • 栈指针和基指针

函数参数指针传递

• 函数参数传递时，实参传递给形参的是值传递，这会复制实参，不够高效，尤其是传递结构体时，我们不希望再一次复制完全的结构体。而使用指针传递，不但可以改变实参，还能更高效的传递参数。如传递结构体时，传递结构体指针即可，无需其他消耗。
• 如果传递时，使用指向常量的指针，则可以更高效的获取实参内容，而且不会改变实参内容。

  传递指针的指针

  对于以下代码

void allocateArray(int *arr, int size, int value)
{
    arr=(int *)malloc(size * sizeof(int));
    for(i=0;i<size;++i)
        *(arr+i)=value;
}
int *vector = NULL;
allocateArray(&vector,10,1);

会产生问题

1. 首先函数内部虽然将地址传给了arr，但是紧接着arr的地址被重新通过malloc赋值，所以并没有使用vector的内容
2. 函数释放后，分配的空间地址丢失，导致内存泄漏

为了解决以上的问题，我们使用指向指针的指针。

1. 当函数改变的实参的值时，而不是形参创建的副本，那么函数传递就要传递实参的地址
2. 当函数要改变的是实参本身就是指针，那么函数就要传递指针的地址，也就是函数的形参要定义成指向指针的指针。

所以修改代码

void allocateArray(int **arr, int size, int value)
{
    *arr=(int *)malloc(size * sizeof(int));
    for(i=0;i<size;++i)
        *(*arr+i)=value;
}
int *vector = NULL;
allocateArray(&vector,10,1);

这样调用，函数内部分配的内存地址会直接传递给实参vector，不会导致地址的丢失等问题

函数返回指针

• 声明int * fcuntion()即意味着此函数返回的是一个整型指针。注意与int (*fcuntion)()的区别

  常用的函数返回指针技术

  常用的返回指针技术有两种：
• 函数内部使用malloc分配内存空间。调用者负责释放内存

int * allocateArray(int size, int value)
{
    int *arr = malloc(size * sizeof(int));
    for(int i=0;i<size;++i)
        *(arr+i)=value;
    return arr;
}

然后使用以下方式调用

int *vector = allocateArray(10,1);
for(i=0;i<10;++i)
    printf("%p",*(vector+i));

最后要注意一定要释放内存，因为函数内部只负责了分配内存，要由调用者负责释放

free(vector);

• 函数内部只负责修改传递过来的指针并修改它，内存的分配和释放都有调用者负责。对于传递过来的指针，优先判断是否为空是个好习惯。如下例：

int * allocateArray(int *arr, int size, int value)
{   if(arr != NULL)
    {
        for(int i=0;i<size;++i)
            *(arr+i)=value;
    }
    return arr;
}

然后使用以下方式调用

int* vector=(int *)malloc(size * sizeof(int));
allocateArray(vector,10,1);

书中说此方法不推荐，目前不知道为什么

以上两种方式，函数内部使用的内存都是处于堆区域，所以即使函数结束，弹出栈，堆区域的内容仍然存在，只要保留地址即可。但是函数返回指针不要返回函数内部定义的变量，这样函数结束弹出栈帧以后，变量立即消失，这样就出现问题

函数返回指针注意的问题

函数返回指针要注意四个事项：

1. 返回未初始化的指针
2. 返回指向无效地址的指针
3. 返回局部变量指针
4. 返回指针但是外部调用没有释放

在处理函数返回指针时，一定要根据内存方式注意以上四项。

完善的free函数

内置free()函数存在以下问题：

1. 不会检查传入指针是否为空
2. 释放后不会将指针置为NULL 这时候可以创建自己的free函数

void safeFree(void **p){
    if(p != NULL && *P != NULL){
        free(*p);
        *p =NULL;
    }
}

其中void指针意味着可以传入任何指针类型，定义**p是因为释放的本身是个指针，需要使用传递指针的指针来真正操作指针。

更快的方式可以定义一个宏 #define safeFree(p) safeFree(void ** (&p)) 配合safeFree函数使用。

函数指针

• 函数指针定义的方式就是 int (*function)()，这时候function就作为一个指针指向了函数的地址。
• 函数指针对性能是有一定影响的，使用它处理器就无法配合流水分支预测
• 正常的函数声明中int func()，函数名func没有明确定义是指针，还是其他类型。但是对打印函数名func的地址，或者函数名取值后&func的地址都是同一个值。所以我们只要知道正常的函数声明中，函数名可以等效为该函数的地址。
• 对于函数指针，建议使用fptr作为前缀
• 使用了函数指针，使用该指针调用函数，程序将不检查参数传递的是否正确
• 为函数指针声明一个类型定义会比较方便typedef int (*fptrfunc)(int,int)
• 函数指针可以实现在函数调用中动态的调用其他函数，实现了函数作为参数的传递，这样可以使用C语言进行函数式编程。个人感觉函数指针是实现C++的某种基础。例如以下代码

typedef int (* fptrOperation)(int ,int);
int sum(int a, int b){ return a+b}
int sub(int a, int b){ return a-b}
int computer(fptrOperation operaton, int num1, int num 2) { return operaton(num1, num2) }

printf("%d\n",computer(sum,1,2));
printf("%d\n",computer(sub,5,3));

• 返回函数指针即用函数指针去声明一个函数，例fptrOperation switchcode(char opecode)
• 当用函数指针去声明一个数组时，那么数组中的每个元素，都代表函数指针指向的一个函数操作，大大增加了函数调用的丰富性。例如

fptrOperation operaton[10]={NULL};