함수 포인터 사용법 & 예제 총정리

1. 함수 포인터란 무엇인가

함수 포인터는 C와 C++에서 사용되는 중요한 개념 중 하나입니다. 함수 포인터는 말 그대로 함수를 가리키는 포인터입니다. 다른 변수와 마찬가지로 함수 포인터도 메모리 주소를 가진 변수로서 선언됩니다. 그러나 일반 변수가 값을 가진다면, 함수 포인터는 함수의 주소를 가집니다.

함수 포인터는 다른 함수를 호출할 수도 있고, 함수를 다른 함수의 인자로 전달할 수도 있습니다. 이는 함수를 동적으로 호출하고 다양한 실행 경로를 만들 수 있게 해줍니다.

C의 함수 포인터는 다음과 같은 형태로 작성됩니다:

반환_타입(*포인터_이름)(매개_변수_타입)

여기서 포인터_이름은 함수 포인터의 이름, 반환_타입은 해당 함수의 반환 타입, 매개_변수_타입은 해당 함수의 매개 변수 타입을 의미합니다.

함수 포인터를 사용하면 런타임 시에 어떤 함수가 실행될 것인지 동적으로 결정할 수 있으며, 이를 통해 다형성과 유연성을 제공할 수 있습니다. 이러한 특징은 콜백 함수 및 함수 포인터 배열과 같은 고급 프로그래밍 기법에 유용하게 활용됩니다.

2. 함수 포인터의 선언과 초기화

함수 포인터를 선언하고 초기화하는 방법은 다른 변수를 선언하고 초기화하는 방법과 유사합니다. 다만 함수 포인터의 타입은 해당 함수의 시그니처와 일치해야 합니다.

함수 포인터를 선언하기 위해서는 먼저 반환 타입과 매개 변수 타입을 지정해야 합니다. 그리고 선언할 함수 포인터의 이름을 정하고 포인터 연산자 *을 사용하여 포인터임을 나타냅니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

int (*add)(int, int);

위의 예제는 "add"라는 이름을 가지는 반환 타입이 int이고 매개 변수 타입이 int인 함수 포인터를 선언하는 것입니다.

함수 포인터를 초기화하려면 해당 함수의 주소를 사용해야 합니다. 함수 이름은 함수가 메모리에 로드된 주소이므로, 이름을 사용하여 해당 함수의 주소를 가져올 수 있습니다. 다음과 같은 형태로 함수 포인터를 초기화할 수 있습니다:

add = &func_name;

위의 예제에서는 "func_name"이라는 함수의 주소를 "add" 함수 포인터에 할당합니다. 포인터 연산자 &는 해당 변수의 주소를 가져오는 역할을 합니다.

또는 간단하게 다음과 같이 초기화할 수도 있습니다:

add = func_name;

위의 예제는 해당 함수의 이름을 함수 포인터에 바로 할당하는 것으로, 컴파일러가 자동으로 주소를 가져옵니다.

함수 포인터를 사용하여 함수를 호출하려면 함수 포인터를 역참조하고 인자를 전달해야 합니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

int result = (*add)(2, 3);

위의 예제는 "add" 함수 포인터를 역참조하여 해당 함수를 호출하고, 인자로 2와 3을 전달하여 실행한 후 결과를 "result" 변수에 저장합니다.

함수 포인터는 다른 변수와 마찬가지로 다양한 함수들을 가리킬 수 있으며, 런타임 동안 특정 함수를 동적으로 선택할 수 있는 유연성을 제공합니다.

3. 함수 포인터를 활용한 예제

함수 포인터는 다형성과 유연성을 제공하는 강력한 도구입니다. 이를 통해 다른 함수들을 가리키고 동적으로 호출하여 프로그램의 실행 경로를 결정할 수 있습니다. 아래 예제는 함수 포인터를 사용하여 산술 연산을 수행하는 간단한 계산기를 구현하는 예제입니다.

#include <stdio.h>

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

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

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

int divide(int a, int b) {
    return a / b;
}

int main() {
    int (*calculator)(int, int);

    char operator;
    int operand1, operand2;

    printf("Enter an arithmetic operation (+, -, *, /): ");
    scanf("%c", &operator);

    printf("Enter two operands: ");
    scanf("%d %d", &operand1, &operand2);

    switch(operator) {
        case '+':
            calculator = add;
            break;
        case '-':
            calculator = subtract;
            break;
        case '*':
            calculator = multiply;
            break;
        case '/':
            calculator = divide;
            break;
        default:
            printf("Invalid operator\n");
            return 1;
    }

    int result = (*calculator)(operand1, operand2);

    printf("Result: %d\n", result);

    return 0;
}

위의 예제에서는 add, subtract, multiply, divide라는 4개의 함수를 정의하였습니다. 각 함수는 2개의 정수 매개 변수를 받고 해당 연산을 수행한 결과를 반환합니다.

main 함수에서는 calculator라는 함수 포인터를 선언하고 초기화합니다. 사용자로부터 산술 연산자와 두 개의 피연산자를 입력받은 후, switch 문을 사용하여 해당 연산자에 맞는 연산 함수를 calculator에 할당합니다.

이후, calculator 함수 포인터를 역참조하여 선택된 연산 함수를 호출하고 피연산자를 전달하여 결과를 계산합니다. 마지막으로 결과를 출력합니다.

이 예제에서는 함수 포인터를 사용하여 여러 개의 함수를 유연하게 선택하고 호출할 수 있는 동적인 프로그램을 구현하였습니다. 이러한 유형의 코드는 콜백 함수, 이벤트 처리기 등에서 많이 활용됩니다.

4. 함수 포인터 배열

함수 포인터 배열은 여러 개의 함수 포인터를 저장하는 배열입니다. 이를 사용하면 여러 함수 중에서 필요한 함수를 선택하고 호출할 수 있습니다. 함수 포인터 배열은 다음과 같은 형식으로 선언됩니다:

return_type (*array_name[size])(parameter_type);

위의 예제에서는 return_type은 반환 타입을, array_name은 배열의 이름을, size는 배열의 크기를 나타냅니다. parameter_type은 함수의 매개 변수 타입을 나타내고, return_type은 해당 함수의 반환 타입을 나타냅니다.

함수 포인터 배열을 초기화하는 방법은 배열 요소에 해당하는 함수들의 주소를 차례대로 할당하는 것입니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

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

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

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

int (*calculator[3])(int, int) = {sum, subtract, multiply};

위의 예제에서는 calculator라는 함수 포인터 배열을 선언하고 sum, subtract, multiply 함수들의 주소를 차례대로 할당하여 초기화합니다. 배열의 크기는 3이며, 각 요소의 타입은 int (*)(int, int)로, 반환 타입이 int이고 매개 변수 타입이 int인 함수 포인터를 나타냅니다.

함수 포인터 배열을 사용하여 함수를 호출하려면 해당 함수 포인터를 역참조하고 인자를 전달해야 합니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

int result = (*calculator[0])(2, 3);

위의 예제에서는 calculator 배열의 첫 번째 요소인 sum 함수 포인터를 역참조하여 해당 함수를 호출하고, 인자로 2와 3을 전달하여 실행한 후 결과를 result 변수에 저장합니다.

함수 포인터 배열은 함수 포인터들을 유연하게 관리하고 동적으로 호출할 수 있는 방법을 제공합니다. 이를 통해 여러 개의 함수를 효율적으로 선택하고 실행할 수 있습니다.

5. 함수 포인터와 콜백 함수

함수 포인터와 콜백 함수는 C 프로그래밍에서 자주 사용되는 기법 중 하나입니다. 이를 통해 함수의 동작을 다른 함수에게 알릴 수 있으며, 프로그램의 유연성과 확장성을 높일 수 있습니다. 함수 포인터와 콜백 함수는 다음과 같이 함께 사용됩니다.

함수 포인터

함수 포인터는 함수의 주소를 저장하는 변수입니다. C 언어에서는 함수를 호출할 때 해당 함수의 이름을 사용하여 호출하지만, 함수 포인터를 사용하면 함수의 주소를 변수로 저장하고 필요한 때에 해당 함수를 가리킬 수 있습니다. 다음은 함수 포인터를 선언하는 방법입니다:

return_type (*function_ptr)(parameter_type);

위의 예제에서 return_type은 반환 타입을, function_ptr은 함수 포인터의 이름을, parameter_type은 함수의 매개 변수 타입을 나타냅니다. 함수 포인터는 주로 함수를 다른 함수에게 전달하기 위해 사용됩니다.

콜백 함수

콜백 함수는 다른 함수에서 호출되는 함수입니다. 콜백 함수는 함수 포인터를 통해 참조되며, 해당 함수의 동작은 호출하는 함수에 의해 결정됩니다. 콜백 함수는 이벤트 처리, 비동기 작업, 정렬 기능 등 다양한 상황에서 유용하게 사용됩니다.

콜백 함수는 다음과 같은 형식으로 정의됩니다:

return_type callback_function(parameter_type);

콜백 함수는 호출되는 함수가 필요한 시점에 함수 포인터를 통해 호출됩니다. 호출하는 함수에서는 인자로 콜백 함수의 포인터와 필요한 데이터를 전달하여 콜백 함수가 작업을 수행할 수 있도록 합니다.

함수 포인터와 콜백 함수의 활용

아래 예제는 콜백 함수를 사용하여 정수 배열을 정렬하는 예제입니다. 이 예제에서는 콜백 함수를 사용하여 정렬의 방식을 외부에서 결정할 수 있도록 하였습니다.

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int size, int (*compare)(int, int)) {
    for(int i = 0; i < size - 1; i++) {
        for(int j = 0; j < size - i - 1; j++) {
            if((*compare)(arr[j], arr[j+1])) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

int ascendingOrder(int a, int b) {
    return a > b;
}

int descendingOrder(int a, int b) {
    return a < b;
}

void printArray(int arr[], int size) {
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {5, 3, 1, 4, 2};
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    printf("Original array: ");
    printArray(arr, size);

    printf("Sorted in ascending order: ");
    bubbleSort(arr, size, ascendingOrder);
    printArray(arr, size);

    printf("Sorted in descending order: ");
    bubbleSort(arr, size, descendingOrder);
    printArray(arr, size);

    return 0;
}

위의 예제에서 bubbleSort 함수는 정렬을 수행하는 함수입니다. 이 함수는 배열의 요소들을 비교하는 데 사용되는 함수 포인터를 인자로 받습니다. 이 덕분에 정렬의 방식을 외부에서 설정할 수 있게 됩니다.

ascendingOrder와 descendingOrder 함수는 비교 함수로, 정렬 방식에 따라 두 개의 숫자를 비교하는 결과를 반환합니다. printArray 함수는 배열의 요소들을 출력하는 helper 함수입니다.

main 함수에서는 정수 배열을 생성하고, bubbleSort 함수를 호출하여 배열을 정렬합니다. 여기서는 ascendingOrder 함수와 descendingOrder 함수를 각각 콜백 함수로 사용하여 오름차순과 내림차순 정렬을 수행합니다.

함수 포인터와 콜백 함수를 활용하면 프로그램의 유연성을 향상시킬 수 있습니다. 콜백 함수를 사용하면 다양한 동작을 결정하는 함수를 생성할 수 있으며, 이를 통해 유연하고 재사용 가능한 코드를 작성할 수 있습니다.