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嵌入式 C 语言入门：函数指针基础笔记 —— 从计算器优化到指针本质

news 2025/8/5 16:50:33

前言

大家好，这里是 Hello_Embed。在之前的笔记中，我们学习了函数的基本用法和多文件编程，而函数指针是 C 语言中更灵活的特性 —— 它能让函数像变量一样被 “传递” 和 “赋值”，尤其在需要动态选择函数（比如根据用户输入切换不同运算）时非常实用。本文通过一个计算器的例子，从代码优化入手，讲解函数指针的概念、用法，以及如何用typedef简化函数指针的定义，帮你理解这一嵌入式开发中常用的高级特性。

🧮 从计算器代码说起：重复逻辑的痛点

我们先在vscode上实现一个简单的计算器，支持加减乘除运算，代码如下：

// main.c
#include <stdio.h>// 定义加减乘除函数
int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int multi(int a, int b) { return a * b; }
int div(int a, int b) { return a / b; }int main(void)
{int v1 = 4, v2 = 2;char c;printf("enter + - * /\n");scanf("%c", &c);  // 接收用户输入的运算符// 根据运算符选择对应函数switch(c){case '+':printf("%d\n", add(v1, v2));break;case '-':printf("%d\n", sub(v1, v2));break;case '*':printf("%d\n", multi(v1, v2));break;case '/':printf("%d\n", div(v1, v2));break;default:printf("error\n");}return 0;
}

运行代码，输出正常：
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但存在一个问题：如果需要用同一运算符计算多组数据（比如先算4+2，再算3+1），就得重复写switch判断，代码冗余且不灵活。

🔗 用函数指针优化：让函数 “可赋值”

解决上述问题的关键是函数指针—— 一种专门指向函数地址的指针变量。先看优化后的代码：

int main(void)
{char c;// 定义函数指针f：指向“参数为两个int、返回值为int”的函数int (*f)(int a, int b);  printf("enter + - * /\n");scanf("%c", &c);// 根据运算符给函数指针赋值（指向对应函数）switch(c){case '+': f = add; break;case '-': f = sub; break;case '*': f = multi; break;case '/': f = div; break;default: printf("error\n"); return 0;}// 用同一函数指针计算多组数据int v1 = 4, v2 = 2;int result1 = f(v1, v2);  // 等价于调用add/sub/...printf("result1 = %d\n", result1);v1 = 3, v2 = 1;int result2 = f(v1, v2);printf("result2 = %d\n", result2);return 0;
}

只需一次switch判断，就能用函数指针f重复调用对应函数，解决了代码冗余问题：
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🤔 函数指针的本质：函数即地址

为什么函数指针能直接 “赋值” 和 “调用”？这涉及一个冷知识：调用函数时，实际使用的是它的地址。

函数的地址特性

函数被编译后存储在程序的代码段（如单片机的 Flash），每个函数都有唯一的起始地址。我们可以通过打印函数名验证这一点：

// 打印add和sub函数的地址
printf("add = 0x%x\n", add);
printf("sub = 0x%x\n", sub);

运行结果如图所示，函数名直接代表它的地址（图中为 6 位地址，因 VSCode 环境与 STM32 硬件不同，但本质是地址）：
请添加图片描述

函数指针的定义与用法

函数指针的作用是 “存储函数的地址”，定义格式为：

返回值类型 (*指针变量名)(参数类型1, 参数类型2, ...);

以计算器为例，add等函数的返回值为int，参数为两个int，因此对应的函数指针定义为：

int (*f)(int a, int b);  // f是函数指针，可指向add/sub等函数

打印函数地址的三种方式

由于函数名即地址，我们可以通过以下方式获取函数地址：

直接打印函数名：printf("add = 0x%x\n", add);
通过 int 变量存储：

int address = (int)add;  // 强制类型转换
printf("add = 0x%x\n", address);

通过函数指针打印：

int (*f)(int a, int b) = add;  // 函数指针指向add
printf("f = 0x%x\n", f);

为什么函数指针能调用函数？

当我们执行f = add;时，函数指针f存储了add的地址；之后f(v1, v2)本质是 “跳转到f存储的地址（即add的地址），并传入参数v1和v2”，与直接调用add(v1, v2)完全等价。

🔧 typedef：简化函数指针的定义

函数指针的格式int (*f)(int a, int b)略显繁琐，尤其在多次使用时。typedef可以为函数指针类型起一个 “别名”，简化代码。

typedef 的基本用法

typedef的作用是 “为类型起别名”，类似#define但更安全（针对类型）。例如：

typedef int INT;  // 为int起别名INT
typedef int *PTR_INT;  // 为int*起别名PTR_INT// 使用别名定义变量
INT a = 10;  // 等价于int a = 10;
PTR_INT p = &a;  // 等价于int *p = &a;

为函数指针类型起别名

结合函数指针，我们可以为 “int (*)(int, int)” 类型起别名：

// 为“参数为两个int、返回值为int的函数指针”起别名type_zhizhen
typedef int (*type_zhizhen)(int a, int b);

之后可用别名定义函数指针，简化计算器代码：

// main.c
#include <stdio.h>// 函数定义（同上）
int add(int a, int b) { return a + b; }
// ...（sub、multi、div定义略）// 为函数指针类型起别名
typedef int (*type_zhizhen)(int a, int b);int main(void)
{char c;type_zhizhen f;  // 用别名定义函数指针，等价于int (*f)(int a, int b);printf("enter + - * /\n");scanf("%c", &c);// 给函数指针赋值（同上）switch(c){case '+': f = add; break;// ...（其他case略）default: printf("error\n"); return 0;}int v1 = 4, v2 = 2;printf("v1 %c v2 = %d\n", c, f(v1, v2));  // 直接调用return 0;
}

输入“/”结果如下，代码更简洁易读：
请添加图片描述

结尾

本文通过计算器的例子，学习了函数指针的核心用法：用它存储函数地址，实现动态选择函数，避免重复逻辑；同时理解了 “函数即地址” 的本质，以及typedef如何简化函数指针的定义。函数指针在嵌入式开发中应用广泛（比如中断服务函数注册、状态机设计等），是提升代码灵活性的重要工具。
下一篇笔记，我们将深入函数指针的高级应用，比如函数指针数组、通过函数指针实现回调函数等，进一步挖掘它的实用价值。Hello_Embed 会继续带你探索嵌入式 C 语言的进阶技巧，敬请期待～

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