Programmieren in C. Zeiger auf Funktionen. Prof. Dr. Nikolaus Wulff

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1 Programmieren in C Zeiger auf Funktionen Prof. Dr. Nikolaus Wulff

2 Zeiger auf Funktionen Zeiger verweisen auf beliebige Speicherstellen. Im Allgemeinen werden Zeiger ausgerichtet auf Variablen, wie z. B. Strukturen oder Felder. D. h. der Zeiger verweist auf den Datenbereich. Es ist jedoch auch möglich einen Zeiger auf die Adresse einer Funktion verweisen zu lassen. Mit Hilfe eines solchen Zeigers lässt sich dann eben diese Funktion aufrufen. Diese Zeiger lassen sich auch als Argumente an andere Funktionen übergeben. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 2

3 Zeiger auf Funktionen Ein Funktionszeiger wird deklariert als: <return_type> (*ptr_name)(<arg_liste>) Wichtig ist die Klammer bei der Deklaration eines Function Pointers: int *f; /* Zeiger auf ein int */ int *f(); /* Funktion mit Rückgabe int-zeiger */ int (*f)(); /* Zeiger auf Funktion mit Rückgabe int */ Nur die letzte Variante ist ein Funktionszeiger. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 3

4 FunctionPointer Die Deklaration eines Zeigers auf eine Funktion (FunctionPointer) sieht auf dem ersten Blick etwas gewöhnungsbedürftig aus: double (*fct)(double x); void (*subr)(void); int (*cmp)(void *px,void *py); (*fct) ist ein Zeiger auf eine reelwertige Funktion mit double Variablen und Rückgabewert, z.b. sin(x). (*subr) ist ein Zeiger auf eine Methode ohne Argumente und Rückgabewert. (*cmp) ist ein Zeiger auf eine Funktion mit einem int als Rückgabewert und zwei Argumenten vom Typ void*. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 4

5 Auswertung eines FP's Die Methode printfctat soll den Wert einer beliebigen Funktion zum Argument x ausgeben: void printfctat(double(*fct)(double), double x) { Zeiger auf die Funktion printf("funktion(%f) = %f \n", x, fct(x)); fct ist der Zeiger auf eine beliebige (reelwertige) Funktion, x ist das Argument der Funktion. printf wertet fct(x) mit Argument x aus... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 5

6 Typedef auf FunctionPointer Mit einem typedef lässt sich die Schreibweise für einen FunctionPointer elegant vereinfachen: /** * Declare a real valued Function. */ typedef double (*Fct)(double x); /** * Prototyp for printfctat. */ void printfctat(fct f, double x); Ebenso wie normale Zeiger können nun auch Zeiger auf Funktionen als Variablen und eigene Typen verwendet werden. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 6

7 Verwendung von printfctat void printfctat(double(*fct)(double), double x) { printf("funktion(%f) = %f \n", x, fct(x)); double square(double x) { return x*x; void main() { double x; x = 3.14/4; printffctat(cos, x); /* cos from <math.h> */ Funktion wird ausgewertet printffctat(square,x); /* self made function */... Die Verwendung zeigt, das prinffctat ganz universell beliebige Funktionen auswerten kann... Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 7

8 Numerische Differentiation Mit Hilfe eines Funktionszeigers soll eine Methode zum Ableiten beliebiger stetig differentierbarer Funktionen entwickelt werden. Ausgangspunkt ist die Definition der Ableitung als Grenzübergang: f ' x = df dx =lim h 0 f x h f x h Formal kann dieser Grenzübergang approximiert werden durch eine Folge immer kleinerer h-werte. Die Frage ist, wie klein muss/darf h werden? Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 8

9 Numerische Differentiation (II) Anleihe bei der Taylor-Reihe (Mathe II): f x h = f x h f ' x h2 2 f ' ' x O h3 f x h = f x h f ' x h2 2 f ' ' x O h3 Subtraktion beider Gleichungen liefert für kleine h f ' x f x h f x h 2 h ±O h 2 Jetzt ist eine Abschätzung des Fehlers möglich. Für z.b. h=0.001 ist der Fehler in der Größenordnung mal der dritten Ableitung von f. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 9

10 Differentiation einer Funktion /** * Differentiate any given Function at point x. f: function to differentiate x: double the argument where to differentiate double with the value of f'(x) */ double differentiate(double (*f)(double), double x) { double h = ; return (f(x+h)-f(x-h))/(2*h); void main() { double x; for(x = 0;x < 1; x+=0.1) { printf("x=%f sin=%f, cos=%f, f'= %f\n", x, sin(x), cos(x), differentiate(sin,x)); Ausgabe: x= sin= , cos= , f'= x= sin= , cos= , f'= Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 10

11 FP für eigene Funktionen typedef double (*Fct)(double x); double xsquare(double x) { return x*x; void main() { double x; Fct fct; /* FP as variable */ Ausgabe: fct = sin; /* sin from <math.h> */ for(x = 0;x < 1; x+=0.1) { printf("x=%f sin=%f f'= %f\n", x, sin(x),differentiate(fct,x)); fct = xsquare; /* self defined... */ for(x = 0;x < 1; x+=0.1) { printf("x=%f x^2=%f f'= %f\n", x, xsquare(x),differentiate(fct,x)); x= x^2= f'= Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 11

12 Callback Methoden Funktionszeiger und Strukturen werden häufig in graphischen Fenstersystemen verwendet, um sogenannte Callback-Methoden zu implementieren. Beispiel: Ein Button muss beim Drücken eine bestimmte Funktionalität ausführen. Der Entwickler der Button Routine weiß jedoch nicht in welchem Kontext der Button verwendet wird. Einmal ist damit ein FileOpenDialog assoziert, ein anderes Mal die Auswahl einer Farbe oder Schrift etc. Wie lässt sich ein solch unterschiedliches Verhalten realisieren? Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 12

13 Buttons und Menus Die GUI Elemente sind Strukturen mit Platzhaltern für entsprechende Callback Methoden. typedef void (*Callback)(ActionEvent evt); typedef struct button_struct { char* text; Callback action; Button; typedef struct menu_struct { char* text; Callback action; Menu; Beim Betätigen eines Buttons wird die jeweilige Callback-Methode aufgerufen und die dahinter codierte Funktionalität ausgeführt. Prof. Dr. Nikolaus Wulff Programmieren in C 13