当前位置：首页 > news >正文

第15讲：深入理解指针(5)——回调函数与 qsort 深度解析

news 2025/10/15 15:25:26

🧭 第15讲：深入理解指针(5)——回调函数与 `qsort` 深度解析 🔍🛠️

用函数指针实现“智能排序”与“事件响应”，掌握C语言的高阶编程艺术！

📚 目录

回调函数：程序的“事件响应机制” 🎯
qsort 使用举例：通用排序引擎 🔢📊
qsort 函数的模拟实现：从零构建通用排序 🔧
学习收获总结 ✅

回调函数：程序的“事件响应机制” 🎯

🧩 什么是回调函数？

回调函数（Callback Function） 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，被调用的函数就是回调函数。

📌 核心要点：

回调函数不是由函数实现方直接调用。
而是在特定的事件或条件发生时，由另外的一方调用，用于对该事件或条件进行响应。

🎯 为什么需要回调函数？ 回顾第13讲中的计算器代码，你会发现红色框中的代码是重复出现的：

输入操作数
输出结果

虽然执行计算的逻辑不同（加、减、乘、除），但输入输出操作是完全冗余的。

有没有办法简化呢？

答案是：有！

因为只有“调用哪个计算函数”这一逻辑有差异，我们可以：

把计算函数的地址以参数形式传递给一个通用处理函数。
使用函数指针接收这个地址。
函数指针指向哪个函数，就调用哪个函数。

这，就是回调函数的精髓所在——将“变化的部分”作为参数传递，实现代码复用与逻辑解耦。

🔄 回调函数的经典应用场景：计算器优化

❌ 传统写法：冗余重复

switch (input) {case 1:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = add(x, y);  // 仅此处不同printf("ret = %d\n", ret);break;case 2:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = sub(x, y);  // 仅此处不同printf("ret = %d\n", ret);break;// ... 其他 case
}

📌 问题：输入输出逻辑重复，仅计算函数不同。

✅ 使用回调函数重构

#include <stdio.h>int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }
int div(int a, int b) { return a / b; }// 回调函数：封装公共逻辑
void calc(int (*pf)(int, int)) {int ret = 0, x, y;printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = pf(x, y);           // 调用传入的函数printf("ret = %d\n", ret);
}int main() {int input = 1;do {printf("1:add  2:sub  3:mul  4:div  0:exit\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);switch (input) {case 1: calc(add); break;case 2: calc(sub); break;case 3: calc(mul); break;case 4: calc(div); break;case 0: printf("退出程序\n"); break;default: printf("选择错误\n"); break;}} while (input);return 0;
}

🎯 回调函数的优势

优势	说明
✅ 消除重复代码	输入输出逻辑只写一次
✅ 提高可维护性	新增功能只需添加函数，无需修改主逻辑
✅ 实现逻辑解耦	`calc` 不关心具体计算，只负责流程控制
✅ 支持运行时绑定	可根据条件动态选择调用哪个函数

🌟 应用场景：

GUI 事件处理（点击、拖拽）
定时器回调
网络请求完成通知
排序比较函数（如 qsort）

`qsort` 使用举例：通用排序引擎 🔢📊

qsort 是 C 标准库中的通用排序函数，使用回调函数实现自定义比较逻辑。

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,int (*compar)(const void *, const void *));

参数	说明
`base`	待排序数组首地址
`nmemb`	元素个数
`size`	每个元素大小（字节）
`compar`	比较函数指针

📌 比较函数返回值：

< 0：e1 < e2
== 0：e1 == e2
> 0：e1 > e2

🔢 排序整型数组

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 比较函数：升序排列
int int_cmp(const void *p1, const void *p2) {return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}int main() {int arr[] = {1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0};int i;qsort(arr, 10, sizeof(int), int_cmp);for (i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ", arr[i]);}printf("\n"); // 输出：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9return 0;
}

📌 const void*：通用指针类型，可接收任何类型地址。

📊 排序结构体数据

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>struct Stu {char name[20];int age;
};// 按年龄排序
int cmp_stu_by_age(const void *e1, const void *e2) {return ((struct Stu*)e1)->age - ((struct Stu*)e2)->age;
}// 按名字排序（字典序）
int cmp_stu_by_name(const void *e1, const void *e2) {return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);
}void test_sort_by_age() {struct Stu s[] = {{"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15}};int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_age);for (int i = 0; i < sz; i++) {printf("%s %d\n", s[i].name, s[i].age);}
}void test_sort_by_name() {struct Stu s[] = {{"zhangsan", 20}, {"lisi", 30}, {"wangwu", 15}};int sz = sizeof(s) / sizeof(s[0]);qsort(s, sz, sizeof(s[0]), cmp_stu_by_name);for (int i = 0; i < sz; i++) {printf("%s %d\n", s[i].name, s[i].age);}
}int main() {test_sort_by_age();   // 输出：wangwu 15, zhangsan 20, lisi 30test_sort_by_name();  // 输出：lisi 30, wangwu 15, zhangsan 20return 0;
}

📌 strcmp：标准库函数，用于比较字符串。

`qsort` 函数的模拟实现：从零构建通用排序 🔧

通过冒泡排序模拟 qsort，深入理解其工作原理。

🛠️ 核心工具函数：`_swap`

// 通用交换函数：交换任意类型数据
void _swap(void *p1, void *p2, int size) {char tmp;for (int i = 0; i < size; i++) {tmp = *((char*)p1 + i);*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);*((char*)p2 + i) = tmp;}
}

📌 void\* 的作用：

通用指针，可指向任意类型数据
需强制转换为具体类型（如 char*）进行操作
实现“类型无关”的通用算法

🔁 模拟 `qsort`：冒泡排序实现

#include <stdio.h>// 比较函数：用于整型
int int_cmp(const void *p1, const void *p2) {return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}// 通用冒泡排序
void bubble_sort(void *base, int count, int size,int (*cmp)(const void *, const void *)) {for (int i = 0; i < count - 1; i++) {for (int j = 0; j < count - i - 1; j++) {// 计算当前元素和下一个元素的地址void *e1 = (char*)base + j * size;void *e2 = (char*)base + (j + 1) * size;// 使用回调函数比较if (cmp(e1, e2) > 0) {_swap(e1, e2, size); // 交换}}}
}int main() {int arr[] = {1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0};int i;bubble_sort(arr, 10, sizeof(int), int_cmp);for (i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ", arr[i]);}printf("\n"); // 输出：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9return 0;
}

🎯 模拟实现的关键点

技术点	说明
`void* base`	接收任意类型数组地址
`(char)base + jsize`	正确计算第 `j` 个元素地址
`cmp(...)`	回调函数决定排序规则
`_swap(...)`	通用交换，支持任意数据类型

✅ 扩展性：只需提供新的比较函数，即可排序任何类型数据。

✅ 学习收获总结

技能	掌握情况
✅ 理解回调函数的概念与工作原理	✔️
✅ 能在项目中使用回调函数消除重复代码	✔️
✅ 掌握 `qsort` 的使用方法	✔️
✅ 能编写自定义比较函数（基础/结构体）	✔️
✅ 理解 `void*` 的通用指针作用	✔️
✅ 能模拟实现 `qsort`（冒泡版本）	✔️
✅ 掌握通用算法的设计思想	✔️