K&R 示例中显示的函数指针的用途是什么

Question

在 K&R ANSI C 书中，我偶然发现了一段代码，其中使用了指向函数的指针。我想我理解函数指针背后的想法，但书中给出的例子对我来说没有意义。

该功能是使用快速排序算法对文本行进行排序。快速排序函数的声明如下所示：

void qsort(void *lineptr[], int left, int right, int (*comp)(void *, void *);

到目前为止，这对我来说非常有意义，我们声明了一个函数，其中一个参数是指向具有两个空指针参数的函数 ( comp) 的指针。我假设我们这样做是为了节省内存，而不是复制实际功能。

稍后在 main 中以这种方式使用该函数：

qsort((void **) lineptr, 0, nlines-1, (int (*)(void*, void*))(numeric ? numcmp : strcmp));

这是我有一些问题的地方：

1. 为什么被lineptr强制转换为 (void **)
2. using 的用途是什么(numeric ? numcmp : strcmp)，是否意味着也可以像这样分配指向函数的指针：int ( * )(void*, void*) numcmp

编辑：lineptr定义如下：char *lineptr[MAXLINES];我假设我们正在void**将其从 char 转换为类型 void 指针

Answer 1

K&R（Brian W Kernighan 和 Dennis M Ritchie \xe2\x80\x94\n The C 编程语言，第 2 版1988 年）中的那段特定代码不符合标准 C，并且不是您现在应该编写代码的方式。

\n

这是一个严重的指控 \xe2\x80\x94 但 C11 标准说（\xc2\xa76.3 Conversions，特别是\xc2\xa76.3.2.3 Pointers \xc2\xb68：

\n

\n

指向一种类型函数的指针可以转换为指向另一种类型函数的指针，然后再转换回来；结果应等于原始指针。如果转换后的指针用于调用其类型与引用类型不兼容的函数，则行为未定义。

\n

\n

在书中，该qsort()函数的签名为：

\n

void qsort(void *v[], int left, int right, int (*comp)(void *, void *));\n

\n

这与标准 C 的接口不同qsort()，并且如履薄冰 \xe2\x80\x94 您应该避免重新定义标准 C 函数，特别是如果重新定义具有不同的接口。理想情况下，该函数将被重命名，也许会被重命名为quicksort().

\n

因此，传递的函数指针comp应该与签名匹配

\n

int (*comp)(void *, void *);\n

\n

但这两个函数都有签名：

\n

int numcmp(char *s1, char *s2);    /* Treating strings as numbers */\nint strcmp(char *s1, char *s2);\n

\n

内部代码qsort()将函数指针视为int (*comp)(void *, void *)，因此根据 \xc2\xa76.3.2.3 \xc2\xb68，代码具有未定义的行为。转换为通用类型虽然丑陋，但却是满足调用要求所必需的qsort()，并且可以通过在被调用函数 () 中转换回原始类型来撤消qsort()，但它不会转换函数指针。

\n

为了满足现代 C 的要求，numcmp()需要重写该函数：

\n

int numcmp(void *v1, void *v2)\n{\n    double v1 = atof((char *)v1);\n    double v2 = atof((char *)v2);\n    if (v1 < v2)\n        return -1;\n    else if (v1 > v2)\n        return +1;\n    else\n        return 0;\n}\n

\n

修订版strcmp()将被类似地重写 \xe2\x80\x94 并重命名以避免与strcmp(). 对 then 的调用qsort()不需要对比较器参数进行强制转换。仍然需要对数组指针参数进行强制转换，因为char **不会自动转换为void **（但会转换为void *）。

\n

现在，这就是 C 标准支持的理论观点 \xe2\x80\x94。然而，在实践中，您经常会逃脱这种滥用（但编译器可能会生成有关滥用的警告）。

\n

在标准 C 中，该qsort()函数的原型为：

\n

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

\n

这在几个方面有所不同，值得注意的是比较器是通过const指针传递的，而数组并不void *像void **书中那样。

\n

上面的函数numcmp()必须重写。如果您正在对字符串数组 ( char **) 进行排序（这正是本书所做的），那么参数的类型将char **强制转换为void *。

\n

下面是一些对行数组进行排序的代码，使用 POSIXgetline()读取行。此代码可在我的GitHub 上的SOQ（Stack Overflow Questions）存储库中作为src/sortfile子目录sortlines2.c中的文件找到；还有一种内存效率更高。这段代码为每一行分配了新的内存，它做得很高兴，但它分配的最小大小通常远远大于您正在读取的行。sortlines3.cgetline()

\n

/*\n** Originally a demonstration that a comparator in an SO answer was incorrect.\n** Now a simple demonstration of reading a file and sorting.\n*/\n\n#include "posixver.h"\n#include <stdio.h>\n#include <stdlib.h>\n#include <string.h>\n\n/* Correct comparator */\nstatic int compare(const void *p_lhs, const void *p_rhs)\n{\n    const char *lhs = *(char **)p_lhs;\n    const char *rhs = *(char **)p_rhs;\n    return strcmp(lhs, rhs);\n}\n\n/* Lines in array are terminated by a newline */\nstatic void dump_array(const char *tag, size_t size, char *array[size])\n{\n    printf("%s:\\n", tag);\n    for (size_t i = 0; i < size; i++)\n        printf("%.2zu: %s", i, array[i]);\n}\n\nint main(void)\n{\n    char **ptrs = 0;\n    size_t numptrs = 0;\n    char  *buffer = 0;\n    size_t buflen = 0;\n    size_t count = 0;\n\n    while (getline(&buffer, &buflen, stdin) != -1)\n    {\n        if (count == numptrs)\n        {\n            size_t newnum = (numptrs + 2) * 2;\n            void *newptrs = realloc(ptrs, newnum * sizeof(*ptrs));\n            if (newptrs == 0)\n            {\n                fprintf(stderr, "Out of memory (%zu bytes requested)\\n", newnum * sizeof(*ptrs));\n                exit(1);\n            }\n            ptrs = newptrs;\n            numptrs = newnum;\n        }\n        ptrs[count++] = buffer;\n        buffer = 0;\n        buflen = 0;\n    }\n\n    free(buffer);\n\n    dump_array("Before sorting", count, ptrs);\n    qsort(ptrs, count, sizeof(char *), compare);\n    dump_array("After sort", count, ptrs);\n\n    for (size_t i = 0; i < count; i++)\n        free(ptrs[i]);\n    free(ptrs);\n\n    /* Avoid an \'in use at exit (reachable)\' record in valgrind */\n    /* Mac OS X El Capitan 10.11.4, Valgrind 3.12.0.SVN */\n    /* macOS High Sierra 10.13.4, Valgrind 3.14.0.GIT */\n    fclose(stdin);\n\n    return 0;\n}\n

\n

请注意，\xe2\x80\x94 的参数没有强制转换，qsort()它们应该是不必要的。

\n

要编写数字比较器，您需要：

\n

int numcmp(const void *p1, const void *p2)\n{\n    double v1 = atof(*(char **)p1);\n    double v2 = atof(*(char **)p2);\n    if (v1 < v2)\n        return -1;\n    else if (v1 > v2)\n        return +1;\n    else\n        return 0;\n}\n

\n

然后简单地传递numcmp（不进行强制转换）到qsort().

\n

Answer 2

K&R 书籍早于标准化 C，因此当时有效的一些构造不再有效。具体来说，似乎假设任何两种指针类型之间的转换都是有效的。

lineptr是 的数组char *，当在表达式中使用时，该数组将衰减为指向其第一个元素的指针，即char **。因此void **需要强制转换来匹配参数类型，因为只有void *在没有强制转换的情况下才能执行到/从的转换。

表达(numeric ? numcmp : strcmp)是选择一个函数来传递作为comp参数的功能，所以无论是numcmp或strcmp取决于的值numeric。(int (*)(void*, void*))需要强制转换，因为strcmp（并且大概numcmp）具有 type int (*)(const char *, const char *)。

转换为不同的函数指针类型并随后使用转换类型调用函数在标准 C 中是未定义的行为，但在 K&R C 中可能是允许的。

Answer 3

该qsort调用使用了 2 个 C 惯用点：

• 函数在用作值时可以隐式转换为指向自身的指针。所以这里(numeric ? numcmp : strcmp)实际上是(numeric ? &numcmp : &strcmp)
• 指向任何类型函数的指针都可以转换为指向另一种类型函数的指针。稍后使用错误的参数列表调用该函数只是 UB。

所以这里我们有：

• ifnumeric为 True，则numcmp用作比较函数，并被&numcmp转换为指向函数的指针，该函数取 2void *并返回int
• ifnumeric为 False，则strcmp用作比较函数，并被&strcmp转换为指向函数的指针，该函数取 2void *并返回int

对于第一个问题，lineptr被转换为指向 void 的指针，因为它是 所期望的类型qsort。这里的规则是指向对象的指针可以转换为指向另一种类型（对象）的指针，并且当转换回其真实类型时它将获得其原始值。只有 UB 使用错误的类型来取消引用它。