5.3 指针与函数：传址、回调与函数指针

5.3 指针与函数：传址、回调与函数指针

本节摘要：C 只有值传递，"传址"传的是地址值的副本——但有了地址，被调函数就能越过栈帧边界访问调用者的内存。输出参数、swap、scanf 的地址参数全部建立在这个机制上。更进一步，函数代码本身也有地址，函数指针让"调用哪个函数"变成可以传递的数据，这是回调、事件驱动与 qsort 排序框架的机器基础。本节顺带收编 void 指针与 const 指针的工程约束。

传址：一条跨栈帧的隧道

第 4 章证明过：值传递改不了实参，因为形参只是栈帧里的副本。解法不是"换一种传递方式"，而是把变量的地址这个值传过去：

#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b)     /* 收到的是两个地址 */
{
    int t = *a;               /* 顺地址去 main 的帧里读 */
    *a = *b;                  /* 写回 main 的帧 */
    *b = t;
}

int main(void)
{
    int x = 3, y = 5;
    swap(&x, &y);
    printf("%d %d\n", x, y);   /* 5 3 */
    return 0;
}
​

swap 的帧里只有两个指针（16 字节），真正的数据在 main 的帧里。指针是跨帧访问合法内存的签证——签证指向谁家的活内存，就能读写谁家。

输出参数模式是它的标准化应用。C 函数只能返回一个值，多结果就这样带出：

/* 返回状态码，结果走指针带出：C 标准库的惯用签名 */
int div_safe(int a, int b, int *quot, int *rem)
{
    if (b == 0)
        return -1;            /* 失败：输出参数不动 */
    *quot = a / b;
    *rem = a % b;
    return 0;
}
​

回看 scanf：scanf("%d", &n) 传地址正是为了让它把转换结果写进你的变量——第 2 章的规则在机器层面对齐了。

数组参数是传址的天然场景（5.2 节：数组名退化成首地址），函数拿到首地址与长度即可遍历——注意"长度必须另传"的铁律在所有数组参数函数上生效。

函数指针：代码地址也是地址

函数编译后住在代码段，入口有一个地址。&func 或直接写 func 都得到这个地址（函数名在表达式里同样"退化"成地址）。存它的变量就是函数指针：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }

int main(void)
{
    int (*op)(int, int);      /* 指向“两个int参数返回int”的函数的指针 */

    op = add;
    printf("%d\n", op(10, 3));   /* 13 */
    op = sub;
    printf("%d\n", op(10, 3));   /* 7  */
    return 0;
}
​

声明读法：int (*op)(int, int)——op 是指针（括号保证先结合星号），指向"参数两个 int、返回 int"的函数。调用哪个函数在运行期才决定——这是从"写死的跳转"到"数据驱动的跳转"的跃迁。

最有说服力的应用是标准库的 qsort：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int cmp_int(const void *a, const void *b)
{
    int x = *(const int *)a;
    int y = *(const int *)b;
    return (x > y) - (x < y);   /* 通用三态比较，避免溢出 */
}

int main(void)
{
    int arr[] = {42, 7, 19, 3, 88};
    qsort(arr, 5, sizeof(int), cmp_int);   /* 把比较规则当数据传入 */
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        printf("%d ", arr[i]);
    printf("\n");
    return 0;
}
​

qsort 不知道你要按什么规则排序，它只持有比较函数的地址，每需要比较就通过指针调用。算法骨架与比较策略解耦——面向对象语言里的多态、图形界面的按钮点击处理、操作系统的中断处理表，机器层面全是同一招：把代码地址放进数据结构，运行期查表调用。

图 2 回调机制的地址链路

void 指针与 const 指针：两条工程约束

void 指针是"没有滤镜的纯地址"：任何类型指针可无警告转入 void 指针，反过来必须显式转换。qsort 的比较函数收到的就是 void 指针——它不能解引用、不能做运算，只能转回具体类型再用。"通用容器"的接口全靠它搭桥。代价是类型安全后移到调用者手上：转错类型不报错、跑起来才崩。qsort 每次比较都要做转换与间接调用，性能敏感场景常被手写特化排序替代——通用性的代价。

const 指针是契约声明，三级强度递增：

const int *p;        /* 指向 const int：内容不可通过 p 改（指针可移动） */
int *const q;        /* const 指针：指针本身不可改指向（内容可改） */
const int *const r;  /* 双 const：都不可改 */
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读法口诀：const 在星号左边修饰内容，右边修饰指针本身。它的价值在接口签名上——size_t strlen(const char *s) 向调用者承诺"我只读不写你的字符串"，编译器替你监督这个承诺。"参数不需要写就加 const" 是大型 C 工程的通行纪律，Linux 内核代码里俯拾皆是。

⚠️ 常见坑：函数指针类型不匹配。声明 int (*op)(int,int) 却赋给它一个 long(*)(int,int) 的函数，多数编译器只给警告；通过错误的类型调用，参数按错误宽度传递，栈帧错乱。函数指针赋值必须类型严格一致。

💡 关键直觉：指针让"数据"与"行为"都变成可传递的东西——数据传地址，行为传函数地址。整个事件驱动编程世界就建在这两根柱子上。

本节要点回顾

• C 只有值传递：传址传的是地址副本，但足以让被调函数访问调用者的活内存。
• 输出参数模式：状态码作返回值、结果走指针，是 C 接口设计的标准姿势。
• 函数指针 = 代码地址变量：运行期决定调用目标，qsort 回调是活教材。
• void 指针是纯地址：转换责任归调用者；const 三级强度是接口契约，不需要写就加 const。
• 函数指针类型必须严格匹配：警告不是噪音。

下一章先去数组与字符串的地盘（第 6 章），再回来攻下指针篇的最后堡垒：堆与动态内存。