010 函数指针

函数指针指向的是函数而非对象。和其他指针一样，函数指针指向某种特定类型。函数的类型由它的返回类型和形参类型共同决定，与函数名称无关。例如：

bool LengthCompare(const std::string&, const std::string&);

该函数的类型是 bool (const std::string&, const std::string&)。要想声明一个可以指向该函数的指针，只需要用指针替换函数名即可：

bool (*lcPtr)(const std::string&, const std::string&);

注意：*lcPtr 两端的括号必不可少。如果不写这对括号，则 lcPtr 是一个返回值为 bool 指针的函数。

使用函数指针

当我们把函数名作为一个值使用时，该函数自动转换为指针。例如：

lcPtr = LengthCompare;    // lcPtr 指向名为 LengthCompare 的函数
lcPtr = &LengthCompare;   // 等价的赋值语句：取地址符是可选的

此外，我们还能直接使用指向函数的指针调用该函数，无须提前解引用指针：

bool b1 = lcPtr("Hello", "World!");     // 调用 LengthCompare 函数
bool b2 = (*lcPtr)("Hello", "World!");  // 一个等价的调用
bool b3 = LengthCompare("Hello", "World!"); // 另一个等价的调用

在指向不同函数类型的指针间不存在转换规则。但是和往常一样，我们可以为函数指针赋值一个 nullptr，表示该指针没有指向任何一个函数：

bool LengthCompare(const std::string&, const std::string&);
bool (*lcPtr)(const std::string&, const std::string&);
std::string::size_type sumLength(const std::string&, const std::string&);
bool cstringCompare(const char*, const char*);

lcPtr = nullptr;    // 正确：形参类型不匹配
lcPtr = sumLength;  // 错误：返回类型不匹配
lcPtr = cstringCompare; // 错误：形参类型不匹配
lcPtr = LengthCompare;  // 正确：函数和指针的类型精确匹配

重载函数的指针

当我们使用重载函数时，代码必须清晰地指明到底应该使用哪个函数。例如：

void ff(int*);
void ff(unsigned);

编译器通过指针类型决定选用哪个函数，指针类型必须与重载函数中的某一个精确匹配：

void ff(int*);
void ff(unsigned);
void (*pf1)(unsigned) = ff;  // pf1 指向 ff(unsigned)
void (*pf2)(int) = ff;  // 错误
void (*pf3)(int*) = ff;  // 错误

函数指针形参

和数组类似，虽然不能定义函数类型的形参，但是形参可以是指向函数的指针。此时，形参看起来是函数类型，实际上却是当成指针使用：

// 第三个参数是函数类型，它会自动地转换成指向函数的指针
void useBigger(const std::string &s1, const std::string &s2, bool pf(const std::string&, const std::string&));
// 等价的声明：显示地将形参定义成指向函数的指针
void useBigger(const std::string &s1, const std::string &s2, bool (*pf)(const std::string&, const std::string&));

我们可以直接把函数作为实参使用，此时它会自动转换成指针：

useBigger(s1, s2, LengthCompare);

useBigger 的声明语句看起来冗长而繁琐。类型别名和 decltype 能让我们简化使用了函数指针的代码：

// Func1 和 Func2 是函数类型
typedef bool Func1(const std::string&, const std::string&);
typedef decltype (LengthCompare) Func2; // 等价的类型
// FuncP1 和 FuncP2 是指向函数的指针
typedef bool (*FuncP1)(const std::string&, const std::string&);
typedef decltype (LengthCompare) *FuncP2; // 等价的类型

然后，可以使用如下方式改写 useBigger：

void useBigger(const std::string &s1, const std::string &s2, Func1);
void useBigger(const std::string &s1, const std::string &s2, FuncP2);

返回指向函数的指针

与数组类似，虽然不能返回一个函数，但是能返回指向函数类型的指针。然而，我们必须把返回类型写成指针形式，编译器不会自动地将函数返回类型当成对应的指针类型处理。要想声明一个返回函数指针的函数，最简单的方法是借助类型别名：

using F = int(int*, int);    // F 是函数类型，不是指针
using PF = int(*)(int*, int);  // PF 是指针类型

我们必须显式地将返回类型指定为指针：

PF f1(int);    // 正确：PF 是指向函数的指针，f1 返回指向函数的指针
F f2(int);    // 错误：F 是函数类型，f2 不能返回一个函数
F *f3(int);    // 正确

当然，我们也能用下面的形式直接地声明 f1：

int (*f1(int))(int*, int);

另外，我们还可以使用尾置返回类型的方式：

auto f1(int)->int (*)(int*, int);

将 auto 和 decltype 用于函数指针类型

如果我们明确知道返回的函数是哪一个，就能使用 decltype 简化书写函数指针返回类型的过程。例如假定有两个函数，它们的返回类型都是 std::string::size_type，并且各有两个 const std::string& 类型的形参，此时我们可以编写第三个函数，它接受一个 std::string 类型的参数，返回一个指针，该指针指向前两个函数中的一个：

std::string::size_type sumLength(const std::string&, const std::string&);
std::string::size_type largerLength(const std::string&, const std::string&);
// 根据其形参的取值，getFcn 函数返回指向 sumLength 或者 largerLength 的指针
decltype (sumLength) *getFcn(const std::string&);

声明 getFcn 唯一需要注意的地方是，牢记当我们将 decltype 作用于某个函数时，它返回函数类型而非指针类型。因此，我们显示地加上 * 以表明我们需要返回指针，而非函数本身。