C++ 语法之函数和函数指针

在上一章中 C++ 语法之 指针的一些应用说明-CSDN博客

我们了解了指针变量,int *p;取变量a的地址这些。

那么函数同样也有个地址,直接输出函数名就可以得到地址,如下:

cpp 复制代码
#include<iostream>
using namespace std;
void fun()
{
    int a = 5;

}
int main()
{
    cout << "fun函数地址:" << fun;
}

返回函数地址:

这个就是系统为这个函数代码分配的内存空间的首地址。

既然有这个内存地址,那相对的,跟变量指针一样,也有函数指针,我们要怎么定义函数指针变量呢?

像int *p; char *cptr; 可以看到,定义指针变量需要提前进行类型区分。

所以函数指针,也是如此,必须说明这个函数的返回值,以及参数类型,几个参数。

如下定义:

void (*pFun)();

如果fun函数是这样

void fun(int a);

则对应的函数指针:

void (*pFun)(int);

你们可以在编译器尝试一下,是必须对应一致的,函数指针不能指向定义不一样的函数。

就像int *p指针不能指向char变量地址一样,只能是int类型的。

现在我们来一个例子学习一下:

cpp 复制代码
#include<iostream>
using namespace std;
void (*pFun)();
void fun1()
{
    cout << "我是fun2";
}

void fun()
{
    cout << "我是fun\n";
    pFun = fun1; //在这里 函数指针 指向另一个函数 pFun;
}

int main()
{

    pFun = &fun; //为了便于阅读用&fun, 事实上直接pFun=fun也可以,下面加*号同理  可省略
    (*pFun)();
    (*pFun)();
}

结果:

上面的例子说明了,pFun指针指向fun,就是fun函数,指向fun1就是fun1函数。

其实跟变量指针一个道理。

函数的生命周期

我们知道在函数内正常定义的变量叫局部变量,函数执行完了,这些变量的内存空间就被释放了。

也就是函数每执行一次,比如有个int a=5;就会给a分配内存空间,执行完了,就会释放。

这种由系统分配,系统释放的内存空间,就是内存中的栈空间。

也就是说,这种变量在栈中申请空间。由系统管理释放。

而堆中,是由程序员自己申请的内存空间:

比如C的malloc函数(需free释放)

C++的new

例: int* ptr = new int; (需delete释放)

像这些,申请的空间,系统不会帮你自动释放,所以就需要你自己手动释放,否则,这块空间即使不使用了,也会被程序一直占用。它并没有栈中内存空间的功能,自动释放。

这个内存堆栈空间是系统定义的,而物理上内存并没有此种划分,需要明白。

下面我们用一些例子来证明:

cpp 复制代码
#include <iostream>

using namespace std;
int i = 0;  
void fun() {
    int a = 5;
    cout << "第" << i << "次地址:" << &a << endl;
}

int main() {
    for (; i < 4; i++) {
        fun();
    }
    return 0;
}

每次调用fun函数,输出局部变量a的地址,理论上应该是不同的地址,因为每次函数调用完之后a变量在栈中的空间会被释放。

但是结果:

地址是一样的,这是系统优化分配的原因,因为这个地址被释放了,下次分配还可以找同样的地址。这是合法的,就像在磁盘删掉一个文件,然后再存储,还是原来的位置。

所以由于这种现象,上面这个代码并不能证明变量被重新分配内存空间。

我们要怎么做,在函数执行期间,调用其它函数干扰栈空间分配,就像磁盘删除文件,然后复制大量其它文件,这样再粘贴的文件位置就会不一样?

比如下面这个:

cpp 复制代码
#include <iostream>

using namespace std;
int i = 0;
void fun() {
    int a = 5;
    cout << "第" << i << "次地址:" << &a << endl;
}
void other()
{
    int b = 5;
    int c = 6;
    int bc[56] = { 0 };
}
int main() {
    for (; i < 4; i++) {
        fun(); 
        other();//调用一下其它函数,里面申请栈空间,打乱分配。
    }
    return 0;
}

并没有用,原因是other里的也是局部变量,执行完后,同样变量占用的栈空间也被释放了。所以跟原来的还是一样。

那我们想个方法,不被释放,看下面的代码:

cpp 复制代码
#include <iostream>

using namespace std;
int i = 0;
void fun(int sum) {
    int a = 5;
    cout << "第" << sum << "次地址:" << &a << endl;
}

int main() {
    for (; i < 4; i++) {
        fun(i);
        int b = 5; //定义 b变量,然后再调用fun(11) 此时b变量和fun(11)同时在for的作用域中
        fun(11);
        int c = 6;
        fun(22);
    }
    return 0;
}

很遗憾,还是没有效果,所有的a变量地址都是一样的。

我分析可能是进入for作用域一次性的分配好了(有待验证)。

从这个现象可以看出,虽然每次执行函数时其中的局部变量,都是重新分配,但系统遵循着某一种优化规则,使得每次分配的地址尽可能一样。

由于方向上的问题,这个规则就不深入研究了。

好了,通过直观的查看地址方法已失败,实验起来比较困难。

我们可以从侧面来验证,有两个方法,第一个通过值的变化来验证,如果内存空间被释放了,那么的它的值如果没有保留,那可以证明函数执行完,局部变量已经被释放。

取值验证:

cpp 复制代码
#include <iostream>

using namespace std;
int i = 0;
int* ptr;
void fun(int sum) {
    int a = 5;
    ptr = &a; //将a变量的地址存到全局指针变量ptr中 以便在函数外访问
    cout << "\n fun函数内a值:" << *ptr;
}
int main() {
    for (; i < 2; i++) {
        fun(i); 
        cout << "\n函数外的a值:" << *ptr;
    }
    return 0;
}

结果:

可以看到,同样是取*ptr的值,函数外已经变了,说明系统没有为变量a留有内存空间来保存值了,函数执行完就被释放了。

第二个通过递归调用函数的方法强制验证,这样的地址绝对不能相同,比如说递归调用4次函数。

局部变量a肯定是不同的地址,如果每一次都重新分配空间的话。

为什么,因为在递归未完成时,所有的局部变量都不会被释放。因为所有的函数都没执行完。

它想复用上一次变量A的地址是不可能的。

这个方法是反向证明,证明每次是重新分配空间的。然后就可以佐证,即然每次执行重新分配空间,那么执行完了也应当是释放空间的。

递归调用验证:

cpp 复制代码
#include <iostream>

using namespace std;

void fun(int sum) {
    int a = 5;
    if (sum == 0) return; //用sum来控制 递归调用fun函数,防止无限循环调用
    else
    {
        cout << "\nsum=" << sum << "时,a的地址:" << &a;
        sum = sum - 1;
        fun(sum);//递归调用fun
    }

}
int main() {
    fun(4);
    return 0;
}

结果:

可以看到,每次a变量地址是不同的,四个不同的地址。

说了局部变量,这里有个有趣的点,有没有一种变量,我不想每次函数执行,重新分配和释放,是一直存在的,有,就是在函数内被static修饰的变量,这种变量跟全局变量一样,它的空间不是在堆栈中,而是静态内存空间中,从整个程序开始分配,运行期间一直存在,到程序结束才释放。

代码示例:

cpp 复制代码
using namespace std;
int g = 5;
void fun() {
    static int s = 5; //静态变量
    int b = 10;
    int c = 10;
    s++;
    cout << "\n静态s变量值:" << s << "------地址:" << &s << "-----全局变量g地址:" << &g;
    cout << "\n局部变量b地址:" << &b << "---局部变量c地址:" << &c;

}
int main() {
    for(int i=0;i<3;i++)
    fun();
    return 0;
}

运行结果:

1.从地址分配来看,可以证明,全局变量g和静态变量s 的地址相近,说明它们在同一块内存区域(静态存储区)。有着相同的特性。

2.而局部变量b,c又是另一块内存区域(动态存储区),即栈中。所以它们的地址很接近,只是后几位不同。

3.可以看到静态变量s的值在增长,说明并没有被释放,而开头一句static int s=5;静态变量在定义时赋值只会初始化一次。

4.另:还记得我们在文章开头取了一个函数地址吗,那么这个属于什么区域呢?这个是代码区,因为函数的执行代码是存储在程序代码区。

这就是一个函数的内存分布区域,不是所有的内容都是一起的。

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