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C++数组指针与函数指针

news 2025/7/15 14:51:31

在系统编程和底层开发中，数组指针与函数指针是C++的必备技能。本文将聚焦实用场景，让你快速掌握核心用法。

一、数组指针：遍历与多维数组处理

1.1 基本用法

int arr[5] = {1,2,3,4,5};int* ptr = arr;      // 数组退化为指针
cout << *(ptr + 2);  // 输出3（指针运算）// 遍历数组
for(int i = 0; i < 5; ++i) {cout << *ptr++ << " "; // 1 2 3 4 5
}

1.2 多维数组处理（游戏/图像领域常用）

// 动态创建2D数组
int** matrix = new int*[3];
for(int i=0; i<3; ++i)matrix[i] = new int[4]{0};// 指针方式访问
*(*(matrix + 1) + 2) = 42; // matrix[1][2] = 42// 现代替代方案：更推荐使用vector
vector<vector<int>> safeMatrix(3, vector<int>(4));

二、函数指针：回调机制与策略模式

2.1 声明与使用

// 函数原型
int add(int a, int b) { return a + b; }
int subtract(int a, int b) { return a - b; }// 函数指针类型
using MathFunc = int (*)(int, int);// 使用函数指针
MathFunc op = add;
cout << op(3,2); // 5op = subtract;
cout << op(3,2); // 1

2.2 实际应用：回调函数（嵌入式/GUI开发）

// 按钮点击回调
using ClickHandler = void (*)(void);void registerClick(ClickHandler handler) {// 模拟点击事件handler();
}void onButtonClick() {cout << "Button clicked!";
}int main() {registerClick(onButtonClick);
}

三、函数指针数组：状态机与命令模式

// 状态处理函数
enum State { IDLE, RUNNING, ERROR };void idleHandler() { /* 空闲处理 */ }
void runningHandler() { /* 运行处理 */ }
void errorHandler() { /* 错误处理 */ }// 函数指针数组
using StateHandler = void(*)();
StateHandler handlers[] = {idleHandler,runningHandler,errorHandler
};// 状态机驱动
void processState(State s) {handlers[s]();  // 调用对应状态函数
}

四、现代C++替代方案（更安全）

4.1 `std::function` + Lambda（优先选择）

#include <functional>// 可存储函数对象、Lambda等
std::function<void()> callback;// 设置Lambda回调
callback = [] { cout << "Modern callback"; 
};// 触发回调
callback();

4.2 函数指针数组升级版

// 类型安全的处理容器
std::vector<std::function<void()>> actions;// 添加处理函数
actions.push_back([] { /* 任务1 */ });
actions.push_back([] { /* 任务2 */ });// 执行所有任务
for (auto& action : actions) {action();
}

五、内存管理关键技巧

// 动态数组指针
int* dynArr = new int[10];// 必须配套delete[]
delete[] dynArr; // 现代替代：智能指针
auto safeArr = std::make_unique<int[]>(10);
// 自动释放，无内存泄漏风险

六、函数签名匹配技巧

当函数签名不一致时：

// 原始函数
void log(int level, const char* msg) { /*...*/ }// 需要适配的函数指针类型
using SimpleLogger = void(*)(const char*);// 适配方案
auto adapter = [](const char* msg) {log(1, msg); // 固定日志级别
};// 使用适配后的指针
SimpleLogger logger = adapter;
logger("Error occurred");

七、性能考量与取舍

方案	执行效率	安全性	灵活性
原始指针	⚡️⚡️⚡️	★★☆	★★☆
`std::function`	⚡️⚡️	★★★★★	★★★★★
Lambda	⚡️⚡️	★★★★★	★★★★★

建议：性能关键路径用原始指针，其他场景用现代方案

八、实战案例：命令解析器

// 命令处理函数原型
using CommandHandler = void(*)(const std::string&);// 命令映射表
std::map<std::string, CommandHandler> commands = {{"start", [](auto&){ /* 启动逻辑 */ }},{"stop", [](auto&){ /* 停止逻辑 */ }},{"help", [](auto&){ /* 帮助信息 */ }}
};void executeCommand(const std::string& cmd) {if (commands.find(cmd) != commands.end()) {commands[cmd](""); // 执行命令} else {cout << "Unknown command";}
}

九、常见错误与规避

指针越界

int arr[3] = {1,2,3};
int* p = arr;
p[3] = 4; // 未定义行为！

规避：用std::array代替原始数组

函数签名不匹配

void func(int);
void (*wrongPtr)() = func; // 编译错误

规避：使用auto推导类型

auto ptr = func; // 自动推导正确类型

忘记释放内存

int* p = new int;
// 忘记delete导致内存泄漏

规避：立即用智能指针包裹

auto sp = std::make_unique<int>(42);

掌握指针的本质与正确用法，能让你在底层开发、性能优化等场景游刃有余。现代C++提供了更安全的替代方案，但在与C库交互、嵌入式开发等场景中，原始指针仍是必要技能。