C/C++中回调函数初探

  简介
  对于很多初学者来说,往往觉得回调函数很神秘,很想知道回调函数的工作原理。本文将要解释什么是回调函数、它们有什么好处、为什么要使用它们等等问题,在开始之前,假设你已经熟知了函数指针。
  什么是回调函数?简而言之,回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。假如你把函数的指针(地址)作为参数传递给另一个函数,当这个指针被用为调用它所指向的函数时,我们就说这是回调函数。
  为什么要使用回调函数?
  因为可以把调用者与被调用者分开。调用者不关心谁是被调用者,所有它需知道的,只是存在一个具有某种特定原型、某些限制条件(如返回值为int)的被调用函数。
  假如想知道回调函数在实际中有什么作用,先假设有这样一种情况,我们要编写一个库,它提供了某些排序算法的实现,如冒泡排序、快速排序、shell排序、shake排序等等,但为使库更加通用,不想在函数中嵌入排序逻辑,而让使用者来实现相应的逻辑;或者,想让库可用于多种数据类型(int、float、string),此时,该怎么办呢?可以使用函数指针,并进行回调。
  回调可用于通知机制,例如,有时要在程序中设置一个计时器,每到一定时间,程序会得到相应的通知,但通知机制的实现者对我们的程序一无所知。而此时,就需有一个特定原型的函数指针,用这个指针来进行回调,来通知我们的程序事件已经发生。实际上,SetTimer() API使用了一个回调函数来通知计时器,而且,万一没有提供回调函数,它还会把一个消息发往程序的消息队列。
  另一个使用回调机制的API函数是EnumWindow(),它枚举屏幕上所有的顶层窗口,为每个窗口调用一个程序提供的函数,并传递窗口的处理程序。假如被调用者返回一个值,就继续进行迭代,否则,退出。EnumWindow()并不关心被调用者在何处,也不关心被调用者用它传递的处理程序做了什么,它只关心返回值,因为基于返回值,它将继续执行或退出。
  不管怎么说,回调函数是继续自C语言的,因而,在C++中,应只在与C代码建立接口,或与已有的回调接口打交道时,才使用回调函数。除了上述情况,在C++中应使用虚拟方法或函数符(functor),而不是回调函数。
  一个简单的回调函数实现
  下面创建了一个sort.dll的动态链接库,它导出了一个名为CompareFunction的类型--typedef int (__stdcall *CompareFunction)(const byte*, const byte*),它就是回调函数的类型。另外,它也导出了两个方法:Bubblesort()和Quicksort(),这两个方法原型相同,但实现了不同的排序算法。
  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);
  这两个函数接受以下参数:
  ·byte * array:指向元素数组的指针(任意类型)。
  ·int size:数组中元素的个数。
  ·int elem_size:数组中一个元素的大小,以字节为单位。
  ·CompareFunction cmpFunc:带有上述原型的指向回调函数的指针。
  这两个函数的会对数组进行某种排序,但每次都需决定两个元素哪个排在前面,而函数中有一个回调函数,其地址是作为一个参数传递进来的。对编写者来说,不必介意函数在何处实现,或它怎样被实现的,所需在意的只是两个用于比较的元素的地址,并返回以下的某个值(库的编写者和使用者都必须遵守这个约定):
  ·-1:假如第一个元素较小,那它在已排序好的数组中,应该排在第二个元素前面。
  ·0:假如两个元素相等,那么它们的相对位置并不重要,在已排序好的数组中,谁在前面都无所谓。
  ·1:假如第一个元素较大,那在已排序好的数组中,它应该排第二个元素后面。
  基于以上约定,函数Bubblesort()的实现如下,Quicksort()就稍微复杂一点:
  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++)
  {
  //回调比较函数
  if(1 == (*cmpFunc)(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size))
  {
  //两个相比较的元素相交换
  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:因为实现中使用了memcpy(),所以函数在使用的数据类型方面,会有所局限。
  对使用者来说,必须有一个回调函数,其地址要传递给Bubblesort()函数。下面有二个简单的示例,一个比较两个整数,而另一个比较两个字符串:
  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);
  }
  下面另有一个程序,用于测试以上所有的代码,它传递了一个有5个元素的数组给Bubblesort()和Quicksort(),同时还传递了一个指向回调函数的指针。
  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;
  }
  假如想进行降序排序(大元素在先),就只需修改回调函数的代码,或使用另一个回调函数,这样编程起来灵活性就比较大了。 调用约定
  上面的代码中,可在函数原型中找到__stdcall,因为它以双下划线打头,所以它是一个特定于编译器的扩展,说到底也就是微软的实现。任何支持开发基于Win32的程序都必须支持这个扩展或其等价物。
   以__stdcall标识的函数使用了标准调用约定,为什么叫标准约定呢,因为所有的Win32 API(除了个别接受可变参数的除外)都使用它。标准调用约定的函数在它们返回到调用者之前,都会从堆栈中移除掉参数,这也是Pascal的标准约定。但在C/C++中,调用约定是调用者负责清理堆栈,而不是被调用函数;为强制函数使用C/C++调用约定,可使用__cdecl。另外,可变参数函数也使用C/C++调用约定。
  Windows操作系统采用了标准调用约定(Pascal约定),因为其可减小代码的体积。这点对早期的Windows来说非常重要,因为那时它运行在只有640KB内存的电脑上。
  假如你不喜欢__stdcall,还可以使用CALLBACK宏,它定义在windef.h中:
  #define CALLBACK __stdcallor
  #define CALLBACK PASCAL //而PASCAL在此被#defined成__stdcall
  作为回调函数的C++方法
  因为平时很可能会使用到C++编写代码,也许会想到把回调函数写成类中的一个方法,但先来看看以下的代码:
  class CCallbackTester
  {
  public:
  int CALLBACK CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2);
  };
  Bubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]),
  &CCallbackTester::CompareInts);
  假如使用微软的编译器,将会得到下面这个编译错误:
  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
  这是因为非静态成员函数有一个额外的参数:this指针,这将迫使你在成员函数前面加上static。当然,还有几种方法可以解决这个问题,但限于篇幅,就不再论述了。