带你深入了解C语言指针(四)

目录

  • 前言
  • 一、回调函数是什么?
  • 二、qsort使用
    • 1.什么是qsort
    • 2.qsort函数的语法解析
    • 3.回顾冒泡排序
    • 4.使用qsort函数排序整型数据
      • 4.1 思路分析
      • 4.2 完整代码:
      • 4.3 总体逻辑展现
    • 5.使用qsort函数排序结构数据
      • 5.1 strcmp( )函数
      • 5.2 思路分析
        • 5.2.1 按名字比较
        • 5.2.2 按年龄比较
  • 三、qsort函数的模拟实现
    • 1.函数参数优化
    • 2.交换条件的判断
    • 3. 如何交换
    • 4.完整代码
      • 4.1先来测试排序整型类型
      • 4.2测试排序结构体类型
        • 4.2.1 按名字
        • 4.2.2 按年龄
    • 5.总体逻辑展现
  • 总结


前言

前面的几期我们讲到指针的一个重点也是难点–函数指针数组,我们也提到了回调函数,这期我们来详细看看回调函数是什么,已及有什么用法;


一、回调函数是什么?

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

在这里我们简单回顾一下上期代码:

前面我们写的计算机的实现的代码中,代码1中的switch代码是重复出现的,其中虽然执⾏计算的逻辑
是区别的,但是输⼊输出操作是冗余的,有没有办法,简化⼀些呢?

//代码1
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;
}void menu()
{printf("*************************************\n");printf("*******  1.add       2.sub     ******\n");printf("*******  3.mul       4.div     ******\n");printf("************** 0.exit ***************\n");printf("*************************************\n");
}int main()
{int input = 0;int a = 0;int b = 0;int z = 0;do{menu();printf("请选择:");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:printf("请输入两个操作数:");scanf("%d %d", &a, &b);z = Add(a, b);printf("%d\n", z);break;case 2:printf("请输入两个操作数:");scanf("%d %d", &a, &b);z = Sub(a, b);printf("%d\n", z);break;case 3:printf("请输入两个操作数:");scanf("%d %d", &a, &b);z = Mul(a, b);printf("%d\n", z);break;case 4:printf("请输入两个操作数:");scanf("%d %d", &a, &b);z = Div(a, b);printf("%d\n", z);break;case 0:printf("退出程序!");break;default:printf("选择错误,请重新选择:\n");break;}} while (input);return 0;
}

因为switch中的代码,只有调⽤函数的逻辑是有差异的,我们可以**把调⽤的函数的地址以参数的形式传递过去,使⽤函数指针接收,函数指针指向什么函数就调⽤什么函数,这⾥其实使⽤的就是回调函数的功能。**

//代码2
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;
}void menu()
{printf("*************************************\n");printf("*******  1.add       2.sub     ******\n");printf("*******  3.mul       4.div     ******\n");printf("************** 0.exit ***************\n");printf("*************************************\n");
}void calc(int (*pf)(int, int))
{int input = 0;int a = 0;int b = 0;int z = 0;printf("请输入两个操作数:");scanf("%d %d", &a, &b);z = pf(a, b);printf("%d\n", z);
}int main()
{int input = 0;int a = 0;int b = 0;int z = 0;do{menu();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!");break;default:printf("选择错误,请重新选择:\n");break;}} while (input);return 0;
}

二、qsort使用

1.什么是qsort

qsort是一个库函数,直接可以用来排序数据的,底层使用的是快速排序的方式;使用时要引用头文件stdlib.h

2.qsort函数的语法解析

我们可以在cplusplus网上查到这个函数的有关详细信息:
在这里插入图片描述
我们来解读一下信息:

//void qsort(void* base,    //指针,指向的是待排序的数组的第一个元素
//           size_t num,    //是base指向的待排序数组的元素个数
//           size_t size,   //baze指向的待排序数组的元素的大小
//           int (*compar)(const void*, const void*)   //函数指针
//           );

3.回顾冒泡排序

//冒泡排序void bubble_sort(int arr[10], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}}}
}void print_arr(int arr[10], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}int main()
{int arr[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };int sz = 0;sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz);print_arr(arr, sz);return 0;
}

我们还可以将其优化:

void bubble_sort(int arr[], int sz)
{int i = 0;int flag = 1;  //假设已经有序//趟数for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;flag = 0;}}if (flag == 1){break;}}
}void print_sort(int arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 1; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}int main()
{int arr[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 };//排序int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz);print_sort(arr, sz);return 0;
}

因为前面已经讲的很清楚了,所以不过多赘述;

冒泡排序
这个代码其实有一些局限性,它只能排序整形数组,对于浮点数,字符没有办法进行排序。
但qsort函数可以排序任意类型的数据。
如果我们想改造这个函数,让他能够排序任意类型的数据,我们要进行那些改造呢?

  • 首先,两个整形元素可以直接使用“>”进行比较,但是两个字符串、两个结构体元素是不能使用“>”进行比较的;
  • 我们可以效仿上面的计算器函数,利用回调函数,把两个元素的比较方法封装成一个函数,然后把函数的地址传给排序函数;
    想到这我们就可以理解了,qsort函数的最后一个参数为什么是函数指针:

作为函数的使用者,明确的知道要排序的是什么数据,但是函数的实现者不知道啊!所以要告诉函数的实现者,这些数据应该如何比较,所以提供两个元素的比较函数

我们来看看函数的介绍:
在这里插入图片描述

也就是说我们要定义一个函数当跳板,就是我们用户告诉qsort函数我们要排序什么类型的媒介;这个函数要求传进两个值void*p1,void*p2,当p1>p2时,返回一个大于0的数,p1<p2时,返回一个小于0的数,相等时,返回一个0;再将这个函数地址提供qsort;

4.使用qsort函数排序整型数据

4.1 思路分析

根据上面所讲我们定义一个cmp_int函数当这个跳板:
但是要注意的是:void*类型的指针是无具体类型的指针,这种指针不能直接进行解引用,也不能进行±整数运算;

int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{if (*(int*)p1 > *(int*)p2) //由于void*类型不能参与比较,所以我们强制转化为int*类型return 1;else if (*(int*)p1 < *(int*)p2)return -1;elsereturn 0;
}

上面为了逻辑清楚,其实这串代码可以更简洁:

int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}

4.2 完整代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void print_arr(int arr[10], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}//int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
//{
//	if (*(int*)p1 > *(int*)p2)  //由于void*类型不能参与比较,所以我们强制转化为int*类型
//		return 1;
//	else if (*(int*)p1 < *(int*)p2)
//		return -1;
//	else
//		return 0;
//}int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}int main()
{int arr[] = { 2, 4, 5, 1, 0, 3, 9, 6, 8, 7 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);print_arr(arr, sz);return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述
这是默认升序排序,如果默认降序呢?我们只需将cmp_int改为:

int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{return *(int*)p2 - *(int*)p1;
}

看看运行结果:
在这里插入图片描述

4.3 总体逻辑展现

在这里插入图片描述

5.使用qsort函数排序结构数据

5.1 strcmp( )函数

函数介绍在这里插入图片描述
将 字符串 str1 与 C 字符串 str2 进行比较。

此函数开始比较每个字符串的第一个字符。如果它们彼此相等,则继续处理以下对,直到字符不同到达终止 null 字符。

返回值
在这里插入图片描述
例:
在这里插入图片描述

解释:

如果第一个不匹配的字符在 PTR1 中的值低于 PTR2 中的**ASCII值,那返回一个小于0的数;
如果两个字符串的内容相等,那返回一个等于0的数;
如果第一个不匹配的字符在 PTR1 中的值大于 PTR2 中的
ASCII值,那放回一个大于0的数。

5.2 思路分析

我们比较结构体数据,以下面的结构体为例:

struct Stu
{char name[20];int age;
};

这里的两个结构体元素怎么比较大小

  1. 按照名字比较 - 字符串比较
  2. 按照年龄比较 - 整型比较

所以我们在写qsort函数的最后一个参数指向的函数时要根据自己的需要来写:

5.2.1 按名字比较
int cmp_stu_by_name(const void* p1, const void* p2)
{return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);  //强制转换为结构体指针
}
5.2.2 按年龄比较
//按年龄
int cmp_stu_by_age(const void* p1, const void* p2)
{return ((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;
}

三、qsort函数的模拟实现

我们讲到现在,相信我们已经对qsort函数有一定的理解,
那我们现在能不能模仿qsort函数来说实现一个冒泡排序的函数,这个函数可以排序任意类型的数据
我们对bubble_sort()函数进行优化:

1.函数参数优化

首先我们想要让这个函数排序任意类型的数据,我们不能只接受int类型的数组,这里我们效仿qsort函数,其实我们也可以知道为什么qsort函数为什么需要这些参数:
在这里插入图片描述

void bubble_sort(void base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void*p1, const void *p2))

2.交换条件的判断

在这里插入图片描述
由于void*类型不能直接参加运算,所以我们先将base强行转化为char类型,结合用户自己实现的函数cmp进行是否交换的判断;

if (cmp((char*)base + j * width , (char*)base + (j + 1) * width) > 0)

3. 如何交换

我们定义一个Swap交换函数来进行元素的交换:
我们想想应该给Swap函数传进那些参数,只告诉两个需要交换区域的起始地址就可以了吗?

如果老师要张三和王五打扫两个区域,但是张三王五两个人交换区域,只告诉对方自己从哪开始扫就可以了吗?对还要告诉对方要打扫多大的区域;这里也是一样的道理;

所以我们还要传染元素的宽度;

Swap(char*base1, char* base2, width);

接下来我们来实现Swap函数:
在这里插入图片描述
因为char类型指针+1只移一个字节,我们利用这个特点将其一个字节一个字节的完成交换(上图以width = 4为例):

void Swap(char* base1, char* base2, size_t width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width - 1; i++){char tmp = *base1;*base1 = *base2;*base2 = tmp;base1++;base2++;}
}

4.完整代码

4.1先来测试排序整型类型

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int cmp_int(const void* p1, const void* p2)
{return *(int*)p1 - *(int*)p2;//默认升序//return *(int*)p2 - *(int*)p1;//降序}
void Swap(char* base1, char* base2, size_t width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width - 1; i++){char tmp = *base1;*base1 = *base2;*base2 = tmp;base1++;base2++;}
}void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void*p1, const void *p2))
{int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){if (cmp((char*)base + j * width , (char*)base + (j + 1) * width) > 0){Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);}}}
}void print_arr(int arr[10], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");
}int main()
{int arr[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };int sz = 0;sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_int);print_arr(arr, sz);return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

4.2测试排序结构体类型

4.2.1 按名字
//排序结构体(名字)
struct Stu
{char name[20];int age;
};//按名字
int cmp_stu_by_name(const void* p1, const void* p2)
{return strcmp(((struct Stu*)p1)->name, ((struct Stu*)p2)->name);  //强制转换为结构体指针
}
void Swap(char* base1, char* base2, size_t width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width - 1; i++){char tmp = *base1;*base1 = *base2;*base2 = tmp;base1++;base2++;}
}void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void* p1, const void* p2))
{int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0){Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);}}}
}void test2()
{struct Stu arr[3] = { {"zhangsan", 35}, {"wangwu", 23}, {"lisi", 34} };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_by_name);}int main()
{test2();return 0;
}

因为结构体打印我们还不清楚,所以我们用调试方法展示:
在这里插入图片描述
结果也是正确的

4.2.2 按年龄
//排序结构体(年龄)
struct Stu
{char name[20];int age;
};//按年龄
int cmp_stu_by_age(const void* p1, const void* p2)
{return ((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;
}
void Swap(char* base1, char* base2, size_t width)
{int i = 0;for (i = 0; i < width - 1; i++){char tmp = *base1;*base1 = *base2;*base2 = tmp;base1++;base2++;}
}void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int (*cmp)(const void* p1, const void* p2))
{int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){int j = 0;for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++){if (cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0){Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);}}}
}void test2()
{struct Stu arr[3] = { {"zhangsan", 35}, {"wangwu", 23}, {"lisi", 34} };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_by_age);}int main()
{test2();return 0;
}

结果展示:
在这里插入图片描述
年龄按升序排序;

5.总体逻辑展现

在这里插入图片描述


总结

这期我们讲解了回调函数,讲解了qsort排序函数,理解并模拟出qsort函数;相信大家有很多启发,下期见,加油!


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