C++ 函式指標與型別安全：深入探索二者的平衡

函数指针在 C 中允许存储函数地址，但缺乏类型安全。为了增强安全性，C 11 引入了类型化回调，允许指定函数指针的签名。此外，类型不安全的函数指针转换可能导致未定义行为。通过使用类型安全回调和谨慎地进行函数指针转换，程序员可以在便利性与安全性之间取得平衡。

C 函数指针与类型安全：深入探索二者的微妙平衡

简介

在 C 中，函数指针是一种简洁而高效的方式，用于将函数地址存储在变量中并调用函数。然而，函数指针会带来类型安全隐患，因为它们允许将函数指针错误地用于意想不到的类型。この記事将深入探讨函数指针和类型安全之间的平衡，并提供实战案例来阐明这一概念。

函数指针

C 函数指针是一种指向函数地址的指针。它们使用类型 T* 声明，其中 T 是函数的签名。例如，指向接受 int 参数并返回 int 值函数的指针声明为 int (*)(int)。

int add(int a, int b) { return a + b; }
int (*fp)(int, int) = &add;  // 函数指针指向 add 函数

类型安全隐患

函数指针缺乏类型安全，因为它们允许在不同类型之间进行转换。例如，我们可以将 int (*)(int, int) 类型指针强制转换为 double (*)(double, double) 类型，即使这可能会导致未定义的行为。

double (*dp)(double, double) = (double (*)(double, double))fp;
double result = dp(1.5, 2.3);  // 可能导致未定义行为

类型安全的增强

为了增强函数指针的类型安全，C 11 引入了类型化回调，它允许程序员指定函数指针的签名。类型化回调采用 auto 关键字声明，并使用 -> 运算符定义函数签名。

auto fp = [](int a, int b) -> int { return a + b; };  // 类型化回调
// ...调用 fp ...

类型化回调确保函数指针仅用于其预期类型，从而提高类型安全。

实战案例

类型安全回调

以下示例展示如何在类型安全回调中使用函数指针：

struct Rectangle {
    int width, height;
    int area() { return width * height; }
};

void printArea(auto fn) {
    std::cout << "Area: " << fn() << std::endl;
}

int main() {
    Rectangle rect{5, 3};

    auto rectArea = [](Rectangle& r) -> int { return r.area(); };  // 类型安全回调

    printArea(rectArea);  // 输出: Area: 15
}

类型不安全的函数指针转换

以下示例展示了类型不安全的函数指针转换的潜在危害：

int sum(int a, int b) { return a + b; }
double subtract(double a, double b) { return a - b; }

int (*fp)(int, int) = ∑  
fp(1, 2);  // 正确执行

double (*dp)(int, int) = (double (*)(int, int))fp;  // 类型不安全的转换
dp(1, 2);  // 导致未定义行为

结论

函数指针在 C 中提供了灵活性，但它们也可能带来类型安全隐患。类型化回调的引入增强了类型安全，允许程序员指定函数指针的预期类型。通过仔细考虑函数指针的使用和利用类型安全措施，程序员可以平衡函数指针的便利性和安全性。

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