回调函数 callback

忘是亡心i 2024-04-19 13:35 50阅读 0赞

**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。如果你把函数的指针（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**。  
  
如果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。如果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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> void DLLDIR __stdcall Bubblesort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc);<br><br>void DLLDIR __stdcall Quicksort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc); </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：如果第一个元素较小，那它在已排序好的数组中，应该排在第二个元素前面。  
  
·0：如果两个元素相等，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：如果第一个元素较大，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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> void DLLDIR __stdcall Bubblesort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc)<br>{ <br> for(int i=0; i &lt; size; i++)<br> { <br> for(int j=0; j &lt; size-1; j++)<br> { <br> //回调比较函数<br> if(1 == (*cmpFunc)(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size))<br> { <br> //两个相比较的元素相交换<br> byte* temp = new byte[elem_size];<br> memcpy(temp, array+j*elem_size, elem_size);<br> memcpy(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size,elem_size);<br> memcpy(array+(j+1)*elem_size, temp, elem_size);<br> delete [] temp;<br> }<br> }<br> }<br>} </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意：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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> int __stdcall CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2)<br>{ <br> int elem1 = *(int*)velem1;<br> int elem2 = *(int*)velem2;<br><br> if(elem1 &lt; elem2)<br> return -1;<br> if(elem1 &gt; elem2)<br> return 1;<br><br> return 0;<br>}<br><br>int __stdcall CompareStrings(const byte* velem1, const byte* velem2)<br>{ <br> const char* elem1 = (char*)velem1;<br> const char* elem2 = (char*)velem2;<br> return strcmp(elem1, elem2);<br>} </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> int main(int argc, char* argv[])<br>{ <br> int i;<br> int array[] = {5432, 4321, 3210, 2109, 1098};<br><br> cout &lt;&lt; "Before sorting ints with Bubblesort\n";<br> for(i=0; i &lt; 5; i++)<br> cout &lt;&lt; array[i] &lt;&lt; '\n';<br><br> Bubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]), &amp;CompareInts);<br><br> cout &lt;&lt; "After the sorting\n";<br> for(i=0; i &lt; 5; i++)<br> cout &lt;&lt; array[i] &lt;&lt; '\n';<br><br> const char str[5][10] = {"estella","danielle","crissy","bo","angie"};<br><br> cout &lt;&lt; "Before sorting strings with Quicksort\n";<br> for(i=0; i &lt; 5; i++)<br> cout &lt;&lt; str[i] &lt;&lt; '\n';<br><br> Quicksort((byte*)str, 5, 10, &amp;CompareStrings);<br><br> cout &lt;&lt; "After the sorting\n";<br> for(i=0; i &lt; 5; i++)<br> cout &lt;&lt; str[i] &lt;&lt; '\n';<br><br> return 0;<br>} </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果想进行降序排序（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。  
  
如果你不喜欢\_\_stdcall，还可以使用CALLBACK宏，它定义在windef.h中：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> #define CALLBACK __stdcallor<br><br>#define CALLBACK PASCAL //而PASCAL在此被#defined成__stdcall </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> class CCallbackTester<br>{ <br> public:<br> int CALLBACK CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2);<br>};<br><br>Bubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]),<br>&amp;CCallbackTester::CompareInts); </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果使用微软的编译器，将会得到下面这个编译错误：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 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 </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

**调用(calling)机制从汇编时代起已经大量使用：准备一段现成的代码，调用者可以随时跳转至此段代码的起始地址，执行完后再返回跳转时的后续地址。 CPU为此准备了现成的调用指令，调用时可以压栈保护现场，调用结束后从堆栈中弹出现场地址，以便自动返回。**借堆栈保护现场真是一项绝妙的发明，它使调用者和被调者可以互不相识，于是才有了后来的函数和构件，使吾辈编程者如此轻松愉快。若评选对人类影响最大之发明，在火与车轮之后，笔者当推压栈调用。  
       话虽这样说，此调用机制并非完美。回调函数就是一例。函数之类本是为调用者准备的美餐，其烹制者应对食客了如指掌，但实情并非如此。例如，写一个快速排序函数供他人调用，其中必包含比较大小。麻烦来了：此时并不知要比较的是何类数据--整数、浮点数、字符串？于是**只好为每类数据制作一个不同的排序函数。更通行的办法是在函数参数中列一个回调函数地址，并通知调用者：君需自己准备一个比较函数，其中包含两个指针类参数，函数要比较此二指针所指数据之大小，并由函数返回值说明比较结果。**排序函数借此调用者提供的函数来比较大小，**借指针传递参数，可以全然不管所比较的数据类型**。**被调用者回头调用调用者的函数**（够咬嘴的），故称其为回调（callback）。  
        回调函数使程序结构乱了许多。Windows API 函数集中有不少回调函数，尽管有详尽说明，仍使初学者一头雾水。恐怕这也是无奈之举。无论何种事物，能以树形结构单向描述毕竟让人舒服些。如果某家族中孙辈又是某祖辈的祖辈，恐怕无人能理清其中的头绪。但数据处理之复杂往往需要构成网状结构，非简单的客户/服务器关系能穷尽。  
     **  Windows 系统还包含着另一种更为广泛的回调机制，即消息机制。消息本是 Windows 的基本控制手段，乍看与函数调用无关，其实是一种变相的函数调用。**发送消息的目的是通知收方运行一段预先准备好的代码，相当于调用一个函数。消息所附带的 WParam 和 LParam 相当于函数的参数，只不过比普通参数更通用一些。应用程序可以主动发送消息，更多情况下是坐等 Windows 发送消息。一旦消息进入所属消息队列，便检感兴趣的那些，跳转去执行相应的消息处理代码。**操作系统本是为应用程序服务，由应用程序来调用。而应用程序一旦启动，却要反过来等待操作系统的调用。这分明也是一种回调，或者说是一种广义回调。**其实，应用程序之间也可以形成这种回调。假如**进程 B 收到进程 A 发来的消息，启动了一段代码，其中又向进程 A 发送消息，这就形成了回调。**这种回调比较隐蔽，弄不好会搞成递归调用，若**缺少终止条件，将会循环不已，直至把程序搞垮**。若是故意编写成此递归调用，并设好终止条件，倒是很有意思。但这种程序结构太隐蔽，除非十分必要，还是不用为好。  
       **利用消息也可以构成狭义回调**。上面所举排序函数一例，可以把回调函数地址换成窗口handle。如此，当需要比较数据大小时，不是去调用回调函数，而是借 API 函数 SendMessage 向指定窗口发送消息。收到消息方负责比较数据大小，把比较结果通过消息本身的返回值传给消息发送方。所实现的功能与回调函数并无不同。当然，此例中改为消息纯属画蛇添脚，反倒把程序搞得很慢。但其他情况下并非总是如此，特别是需要异步调用时，发送消息是一种不错的选择。假如回调函数中包含文件处理之类的低速处理，调用方等不得，需要把同步调用改为异步调用，去启动一个单独的线程，然后马上执行后续代码，其余的事让线程慢慢去做。一个替代办法是借 API 函数 PostMessage发送一个异步消息，然后立即执行后续代码。这要比自己搞个线程省事许多，而且更安全。  
       如今我们是活在一个 object 时代。只要与编程有关，无论何事都离不开 object。但 object 并未消除回调，反而把它发扬光大，弄得到处都是，只不过大都以事件（event）的身份出现，镶嵌在某个结构之中，显得更正统，更容易被人接受。应用程序要使用某个构件，总要先弄清构件的属性、方法和事件，然后给构件属性赋值，在适当的时候调用适当的构件方法，还要给事件编写处理例程，以备构件代码来调用。何谓事件？它不过是一个指向事件例程的地址，与回调函数地址没什么区别。  
    不过，此种回调方式比传统回调函数要高明许多。首先，它把让人不太舒服的回调函数变成一种自然而然的处理例程，使编程者顿觉气顺。再者，地址是一个危险的东西，用好了可使程序加速，用不好处处是陷阱，程序随时都会崩溃。现代编程方式总是想法把地址隐藏起来（隐藏比较彻底的如 VB 和 Java），其代价是降低了程序效率。事件例程使编程者无需直接操作地址，但并不会使程序减速。更妙的是，此一改变，本是有损程序结构之奇技怪巧变成一种崭新设计理念，不仅免去被人抨击，而且逼得吾等凡人净手更衣，细细研读，仰慕至今。只是偶然静心思虑，发觉不过一瓶旧酒而已，故引得此番议论，让诸君见笑了。 事件驱动程序设计是围绕着消息基础形成的，发生一个事件，伴随着一大堆的消息。  
       我理解“回调机制”是window 在执行某个API函数的过程中，调用指定的一个函数。我们可以模拟一下：  
假设 ms 提供一个函数叫做  EnumFont ,该函数是得到所有的字体，假设它的实现是  
EnumFont()  
\{  
  while ( (f =FindNextFont()) !=NULL)  
  \{  
       printf("fontname: " + f.name);  
  \}  
\}  
这样就循环显示出所有的字体名称。但是，开发者可能对字体信息另有用处，那么如何才能让开发者能使用这些信息呢，于是做改进：  
EnumFont( void\*  userFunc )  
\{  
  while ( (f =FindNextFont()) !=NULL)  
  \{  
       printf("fontname: " + f.name);  
       if ( userFunc!=NULL)  userFunc( f) ;  
  \}  
\}  
假设userFunc 是一个函数 void f( FontObject font).这样使用者只需要定义一个函数：  
  void myfunc( FontObject font)  
             \{  
                 listCtrl.Addstring ( font.name);  
              \}  
通过使用 EnumFont ( myfunc) 就可以将所有额字体信息添加到一个列表框中。那么我们称 myfunc是一个回调函数，即让某个系统函数调用的函数。因此可以得出结论：  
1 回调函数是由开发者按照一定的原型进行定义的函数  
2 回调函数并不由开发者直接调用执行  
3 回调函数通常作为参数传递给系统API，由该API来调用。  
4 回调函数可能被系统API调用一次，也可能被循环调用多次。  
比如 函数int EnumFontFamilies(  
  HDC hdc,             // handle to device control  
  LPCTSTR lpszFamily,  // pointer to family-name string  
  FONTENUMPROC lpEnumFontFamProc,  
                       // pointer to callback function  
  LPARAM lParam        // pointer to application-supplied data  
);  
其中的   FONTENUMPROC lpEnumFontFamProc就是一个回调函数，该函数遵照格式  
int CALLBACK EnumFontFamProc( ENUMLOGFONT FAR \*lpelf,  NEWTEXTMETRIC FAR \*lpntm, int FontType,  LPARAM lParam )进行定义。  
如同mutant所说,回调函数主要用于一些比较费时的操作,或响应不知道何时将会发生的事件,回调函数提供了一种异步的机制,相对于同步执行,提高了效率.前者的例子如WriteFileEx,ReadFileEx等,函数的最后一个参数是一个回调函数的指针,程序中调用WriteFileEx以后,就直接返回了,可以继续进行其他工作,系统在读写操作完成后通知程序作善后处理.后者的例子就是windows的事件机制回调函数的另一个用途,是用于一些枚举函数,如EnumDisplayModes等,每找到一种支持的显示模式,就通知回调函数,由回调函数具体处理,这是因为 EnumDisplayModes本身并不知道用户要如何处理.能,用户提供回调函数,定制系统的功能,这样,不同的用户提供不同的回调函数,可以使系统具有不同的功能.这就是所谓的plugin.使用回调函数实际上就是在调用某个函数（通常是API函数）时，将自己的一个函数（这个函数为回调函数）的地址作为参数传递给那个函数。而那个函数在需要的时候，利用传递的地址调用回调函数，这时你可以利用这个机会在回调函数中处理消息或完成一定的操作。至于如何定义回调函数，跟具体使用的API函数有关，一般在帮助中有说明回调函数的参数和返回值等。

概括起来，回调机制包括两部分：服务执行者和服务方式制定者。  
             1. 服务执行者先制定**服务规范**；  
             2.服务方式制定者然后按照规范制定**服务方式**；  
             3.然后执行者按照这个方式**提供服务**。  
       回调函数的方式是**把函数指针的作为参数传递进去，所以规范就是约定函数的参数类型**，**个数。**

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