C/C++中回調函數初探

  簡介
  對于很多初學者來說,往往覺得回調函數很神秘,很想知道回調函數的工作原理。本文將要解釋什麽是回調函數、它們有什麽好處、爲什麽要使用它們等等問題,在開始之前,假設你已經熟知了函數指針。
  什麽是回調函數?簡而言之,回調函數就是一個通過函數指針調用的函數。假如你把函數的指針(地址)作爲參數傳遞給另一個函數,當這個指針被用爲調用它所指向的函數時,我們就說這是回調函數。
  爲什麽要使用回調函數?
  因爲可以把調用者與被調用者分開。調用者不關心誰是被調用者,所有它需知道的,只是存在一個具有某種特定原型、某些限制條件(如返回值爲int)的被調用函數。
  假如想知道回調函數在實際中有什麽作用,先假設有這樣一種情況,我們要編寫一個庫,它提供了某些排序算法的實現,如冒泡排序、快速排序、shell排序、shake排序等等,但爲使庫更加通用,不想在函數中嵌入排序邏輯,而讓使用者來實現相應的邏輯;或者,想讓庫可用于多種數據類型(int、float、string),此時,該怎麽辦呢?可以使用函數指針,並進行回調。
  回調可用于通知機制,例如,有時要在程序中設置一個計時器,每到一定時間,程序會得到相應的通知,但通知機制的實現者對我們的程序一無所知。而此時,就需有一個特定原型的函數指針,用這個指針來進行回調,來通知我們的程序事件已經發生。實際上,SetTimer() API使用了一個回調函數來通知計時器,而且,萬一沒有提供回調函數,它還會把一個消息發往程序的消息隊列。
  另一個使用回調機制的API函數是EnumWindow(),它枚舉屏幕上所有的頂層窗口,爲每個窗口調用一個程序提供的函數,並傳遞窗口的處理程序。假如被調用者返回一個值,就繼續進行叠代,否則,退出。EnumWindow()並不關心被調用者在何處,也不關心被調用者用它傳遞的處理程序做了什麽,它只關心返回值,因爲基于返回值,它將繼續執行或退出。
  不管怎麽說,回調函數是繼續自C語言的,因而,在C++中,應只在與C代碼建立接口,或與已有的回調接口打交道時,才使用回調函數。除了上述情況,在C++中應使用虛擬方法或函數符(functor),而不是回調函數。
  一個簡單的回調函數實現
  下面創建了一個sort.dll的動態鏈接庫,它導出了一個名爲CompareFunction的類型--typedef int (__stdcall *CompareFunction)(const byte*, const byte*),它就是回調函數的類型。另外,它也導出了兩個方法:Bubblesort()和Quicksort(),這兩個方法原型相同,但實現了不同的排序算法。
  void DLLDIR __stdcall Bubblesort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc);
  void DLLDIR __stdcall Quicksort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc);
  這兩個函數接受以下參數:
  ·byte * array:指向元素數組的指針(任意類型)。
  ·int size:數組中元素的個數。
  ·int elem_size:數組中一個元素的大小,以字節爲單位。
  ·CompareFunction cmpFunc:帶有上述原型的指向回調函數的指針。
  這兩個函數的會對數組進行某種排序,但每次都需決定兩個元素哪個排在前面,而函數中有一個回調函數,其地址是作爲一個參數傳遞進來的。對編寫者來說,不必介意函數在何處實現,或它怎樣被實現的,所需在意的只是兩個用于比較的元素的地址,並返回以下的某個值(庫的編寫者和使用者都必須遵守這個約定):
  ·-1:假如第一個元素較小,那它在已排序好的數組中,應該排在第二個元素前面。
  ·0:假如兩個元素相等,那麽它們的相對位置並不重要,在已排序好的數組中,誰在前面都無所謂。
  ·1:假如第一個元素較大,那在已排序好的數組中,它應該排第二個元素後面。
  基于以上約定,函數Bubblesort()的實現如下,Quicksort()就稍微複雜一點:
  void DLLDIR __stdcall Bubblesort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc)
  {
  for(int i=0; i < size; i++)
  {
  for(int j=0; j < size-1; j++)
  {
  //回調比較函數
  if(1 == (*cmpFunc)(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size))
  {
  //兩個相比較的元素相交換
  byte* temp = new byte[elem_size];
  memcpy(temp, array+j*elem_size, elem_size);
  memcpy(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size,elem_size);
  memcpy(array+(j+1)*elem_size, temp, elem_size);
  delete [] temp;
  }
  }
  }
  }
  注重:因爲實現中使用了memcpy(),所以函數在使用的數據類型方面,會有所局限。
  對使用者來說,必須有一個回調函數,其地址要傳遞給Bubblesort()函數。下面有二個簡單的示例,一個比較兩個整數,而另一個比較兩個字符串:
  int __stdcall CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2)
  {
  int elem1 = *(int*)velem1;
  int elem2 = *(int*)velem2;
  if(elem1 < elem2)
  return -1;
  if(elem1 > elem2)
  return 1;
  return 0;
  }
  int __stdcall CompareStrings(const byte* velem1, const byte* velem2)
  {
  const char* elem1 = (char*)velem1;
  
   const char* elem2 = (char*)velem2;
  return strcmp(elem1, elem2);
  }
  下面另有一個程序,用于測試以上所有的代碼,它傳遞了一個有5個元素的數組給Bubblesort()和Quicksort(),同時還傳遞了一個指向回調函數的指針。
  int main(int argc, char* argv[])
  {
  int i;
  int array[] = {5432, 4321, 3210, 2109, 1098};
  cout << "Before sorting ints with Bubblesort\n";
  for(i=0; i < 5; i++)
  cout << array[i] << '\n';
  Bubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]), &CompareInts);
  cout << "After the sorting\n";
  for(i=0; i < 5; i++)
  cout << array[i] << '\n';
  const char str[5][10] = {"estella","danielle","crissy","bo","angie"};
  cout << "Before sorting strings with Quicksort\n";
  for(i=0; i < 5; i++)
  cout << str[i] << '\n';
  Quicksort((byte*)str, 5, 10, &CompareStrings);
  cout << "After the sorting\n";
  for(i=0; i < 5; i++)
  cout << str[i] << '\n';
  return 0;
  }
  假如想進行降序排序(大元素在先),就只需修改回調函數的代碼,或使用另一個回調函數,這樣編程起來靈活性就比較大了。 調用約定
  上面的代碼中,可在函數原型中找到__stdcall,因爲它以雙下劃線打頭,所以它是一個特定于編譯器的擴展,說到底也就是微軟的實現。任何支持開發基于Win32的程序都必須支持這個擴展或其等價物。
   以__stdcall標識的函數使用了標准調用約定,爲什麽叫標准約定呢,因爲所有的Win32 API(除了個別接受可變參數的除外)都使用它。標准調用約定的函數在它們返回到調用者之前,都會從堆棧中移除掉參數,這也是Pascal的標准約定。但在C/C++中,調用約定是調用者負責清理堆棧,而不是被調用函數;爲強制函數使用C/C++調用約定,可使用__cdecl。另外,可變參數函數也使用C/C++調用約定。
  Windows操作系統采用了標准調用約定(Pascal約定),因爲其可減小代碼的體積。這點對早期的Windows來說非常重要,因爲那時它運行在只有640KB內存的電腦上。
  假如你不喜歡__stdcall,還可以使用CALLBACK宏,它定義在windef.h中:
  #define CALLBACK __stdcallor
  #define CALLBACK PASCAL //而PASCAL在此被#defined成__stdcall
  作爲回調函數的C++方法
  因爲平時很可能會使用到C++編寫代碼,也許會想到把回調函數寫成類中的一個方法,但先來看看以下的代碼:
  class CCallbackTester
  {
  public:
  int CALLBACK CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2);
  };
  Bubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]),
  &CCallbackTester::CompareInts);
  假如使用微軟的編譯器,將會得到下面這個編譯錯誤:
  error C2664: 'Bubblesort' : cannot convert parameter 4 from 'int (__stdcall CCallbackTester::*)(const unsigned char *,const unsigned char *)' to 'int (__stdcall *)(const unsigned char *,const unsigned char *)' There is no context in which this conversion is possible
  這是因爲非靜態成員函數有一個額外的參數:this指針,這將迫使你在成員函數前面加上static。當然,還有幾種方法可以解決這個問題,但限于篇幅,就不再論述了。