C語言第十一課：函數指針、回調機制與動態排序實戰

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C語言第十一課：函數指針、回調機制與動態排序實戰

函數指針是 C 語言實現「策略模式」「回調」「動態多態」的核心武器。本課通過三個遞進案例，從語法到實戰，徹底掌握函數指針精髓。

一、函數指針基礎：定義、賦值、調用

核心認知： 函數名 = 函數入口地址 = 指針常量，存放在代碼段。

int maxValue(int a, int b) { return a > b ? a : b; }
int sumValue(int a, int b) { return a + b; }

// 定義函數指針：返回 int，參數 (int, int)
int (*funcPtr)(int, int) = NULL;

funcPtr = maxValue;      // 賦值：函數名即地址
int result = funcPtr(3, 5);  // 調用：像普通函數一樣用

案例：用戶輸入決定調用 max 還是 sum

int main() {
    int a, b; char op[10];
    scanf("%d %d", &a, &b);
    scanf("%s", op);  // 輸入 "max" 或 "sum"
    
    int (*p)(int, int) = NULL;
    if (strcmp(op, "max") == 0) p = maxValue;
    else if (strcmp(op, "sum") == 0) p = sumValue;
    
    printf("Result: %d\n", p(a, b));  // 統一調用入口
    return 0;
}

二、回調函數：把函數作參數傳遞

場景： 通用查找函數，匹配邏輯由調用者決定。

// 結構體定義
typedef struct { char name[20]; int age; float score; } Student;

// 回調類型：輸入 Student*，返回 BOOL（是否符合條件）
typedef BOOL (*MatchFunc)(Student *);

// 通用查找：遍歷數組，符合條件者執行 action 回調
void findStudent(Student *stu, int count, MatchFunc match, void (*action)(Student *)) {
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        if (match(&stu[i])) action(&stu[i]);
    }
}

// 具體匹配：分數 >= 90
BOOL isHighScore(Student *s) { return s->score >= 90; }

// 具體動作：名字後綴 "高富帥"
void appendTag(Student *s) { strcat(s->name, " 高富帥"); }

// 使用
findStudent(students, n, isHighScore, appendTag);

三、動態排序：比較策略外部化

痛點： 排序邏輯固化在代碼中，需求變更（按分數/年齡/名字排）需改代碼重編譯。
解法： 比較函數指針化，運行時注入策略。

// 通用冒泡排序：元素類型 void*，比較函數指針決定大小關系
void sortArray(void *base, int count, size_t size, int (*cmp)(const void *, const void *)) {
    char *arr = (char *)base;
    for (int i = 0; i < count - 1; i++)
        for (int j = 0; j < count - 1 - i; j++)
            if (cmp(arr + j * size, arr + (j+1) * size) > 0) {
                // 交換兩個元素（按字節拷貝）
                for (size_t k = 0; k < size; k++) {
                    char tmp = arr[j*size + k];
                    arr[j*size + k] = arr[(j+1)*size + k];
                    arr[(j+1)*size + k] = tmp;
                }
            }
}

// 比較函數：按分數降序
int cmpScore(const void *a, const void *b) {
    Student *s1 = (Student *)a, *s2 = (Student *)b;
    return (s2->score > s1->score) - (s2->score < s1->score);  // 避免浮點減法溢出
}

// 比較函數：按年齡升序
int cmpAge(const void *a, const void *b) {
    Student *s1 = (Student *)a, *s2 = (Student *)b;
    return s1->age - s2->age;
}

// 使用：同一排序函數，不同策略
sortArray(students, n, sizeof(Student), cmpScore);  // 按分數排
sortArray(students, n, sizeof(Student), cmpAge);    // 按年齡排