C/C++中回调函数初探

简介, B7 u! a3 q$ r' N7 k2 L
　　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。
- Z* c7 I9 N: B　　什么是回调函数？
, p& Z4 m. Y5 o- U. Z8 L' b　　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。
) z" m& x; A9 }) W　　为什么要使用回调函数？1 O0 R0 \$ o# U5 u3 H/ u
　　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。
& `6 T1 ?  r5 V6 N5 i( X　 　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。
% ^# O# H: @' Y9 B0 c' }* T  c5 A2 I; M　　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。
, p" ~% y- f4 `/ z6 E4 U　　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。
2 }8 Q0 L  i- g3 z# Z　　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。
+ V" B$ O0 c! A% g6 Y　　一个简单的回调函数实现# Q. g9 ~3 x8 n2 [
　　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。
, X+ G; M9 b+ b
9 m: K2 P* ?2 ]+ J9 P( {' Mvoid DLLDIR __stdcall Bubblesort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc);
6 |6 a6 }3 b, X* }5 D" Lvoid DLLDIR __stdcall Quicksort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc);; k) {) k+ v' q4 Q# M
　　这两个函数接受以下参数：  N0 @. Q6 X) X* |! `( r0 `
　　·byte * array：指向元素数组的指针（任意类型）。. ?+ ^6 g4 d8 y# x" D% `- F
　　·int size：数组中元素的个数。
: f4 h  {9 x6 }$ ~* U- @0 u  k4 d" D6 R/ j  C
　　·int elem_size：数组中一个元素的大小，以字节为单位。
! Z7 E# V8 Q! m$ m& r" P* |$ ]: b　　·CompareFunction cmpFunc：带有上述原型的指向回调函数的指针。
& u. a! Q$ F( j9 l7 Y5 Q, A' N3 I　　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）：4 W2 I. c  }) G. c8 d
　　·-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。, i6 g( z6 h/ L6 }# a, ~* v" f# `6 ?
　　·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。 . i* A5 C8 f8 L( x4 Z# W
　　·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。
+ _3 |. j. C- }. F5 |　　基于以上约定，函数Bubblesort()的实现如下，Quicksort()就稍微复杂一点：  c1 ~) }) v. W" f

; v+ W$ D9 R6 U- D' avoid DLLDIR __stdcall Bubblesort(byte* array,int size,int elem_size,CompareFunction cmpFunc)
, z8 ]1 g( A$ w% G+ p' }6 `- [{
) X6 O' M7 N6 z! U　for(int i=0; i 　{
& C+ D/ N+ O9 @　　for(int j=0; j 　　{
3 T8 }2 c2 v) q　　　//回调比较函数Func)(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size))
9 ]+ O  f! D7 o: q* o　　　{+ Y, b* c7 Q1 e- E. w
　　　　//两个相比较的元素相交换
: u$ z% k' D' c) c. T. S　　　　byte* temp = new byte[elem_size];
7 u4 R) ?: H$ _6 T  ~　　　　memcpy(temp, array+j*elem_size, elem_size);
7 o5 @# o" I/ t# n, K* q　　　　memcpy(array+j*elem_size,array+(j+1)*elem_size,elem_size);' w7 t# Z; x2 Y# ~& i
　　　　memcpy(array+(j+1)*elem_size, temp, elem_size);' S" k  z( ]* U: i: Z) b) T
　　　　delete [] temp;
. k+ t. v+ B% c- `　　　}& e' T' L9 u) i* H& Q
　　}" B' I* ~# I# a: `% Z! L% f
　}
) q5 d8 o5 k, V( h( W4 h}
2 e7 }  t$ ?* N) o6 ~1 U/ t9 {; J　　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。. H' F7 q6 Q  o9 Y$ x6 N) d
　　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：
8 F# L0 V, g( Z7 Y
9 w! t' G2 d' |: D$ m  X- i4 Kint __stdcall CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2)! {+ p8 I& e, \7 }) Q7 i; o( b
{
& Q5 Z: `* ]5 o# ?7 V3 T: }4 E　int elem1 = *(int*)velem1;
  d, D( b, ?4 i　int elem2 = *(int*)velem2;
: u' }, U9 {1 b" H* N　if(elem1 　　return -1;4 f, s, j5 V% x5 o& [
　if(elem1 > elem2)
; k9 n! F9 q+ `6 n　　return 1;' f" P0 R( `2 ^7 g
　return 0;7 p* V' ^% J3 R  A$ `8 [$ j
}
9 H% U$ ~, D' B' Fint __stdcall CompareStrings(const byte* velem1, const byte* velem2)
% [% h: [' z1 V{
2 q5 Y% {2 o7 A9 n0 b; w　const char* elem1 = (char*)velem1;2 ^3 v5 q5 e/ g( K
　const char* elem2 = (char*)velem2;& o' Q1 x7 X! b: n0 j0 N' a
　return strcmp(elem1, elem2);2 z$ p- _6 [% d: V# c0 m* @5 Y0 M+ A
}9 H# x! _5 G: X% W% X
　　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。
6 I; `7 Z- y4 u6 g: n7 G$ J
4 Y: S0 M  z; ~: I/ e! Xint main(int argc, char* argv[])
3 a0 t5 l8 b# Z7 B, J, U{
/ k# d8 L$ ^$ |1 u* }　int i;
) l! @' @+ ?3 G/ o　int array[] = {5432, 4321, 3210, 2109, 1098};) G  N5 k4 x% }* b  n7 }  S
　cout 　for(i=0; i 　　cout 　Bubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]), &CompareInts);
& z+ M/ Y& `1 g, m9 R　cout 　for(i=0; i 　　cout 　const char str[5][10] = {"estella","danielle","crissy","bo","angie"};
5 l! O% e9 _* {4 q; L0 g- ~$ g　cout 　for(i=0; i 　　cout 　Quicksort((byte*)str, 5, 10, &CompareStrings);
( [+ Z# F4 e5 {! q% @　cout 　for(i=0; i 　　cout 　return 0;$ t9 }- V( b3 ]
}/ [& G( p  X$ ~% J
　　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。. q: V+ z9 M1 f  r% }, x# d0 g
调用约定
, [; ^* ?' l9 U3 F  {5 `　　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++用约定。
; |0 g; s# M3 @. ]) p　　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。* Z4 o. R, ?4 W- ~4 ^4 N
　　如果你不喜欢__stdcall，还可以使用CALLBACK宏，它定义在windef.h中：! b- S# e- ^9 h/ `& G+ l1 ]8 r7 p# V
+ a  i, R9 e0 z$ Q
#define CALLBACK __stdcallor
  \; b% s' X' a& }) I. T#define CALLBACK PASCAL //而PASCAL在此被#defined成__stdcall
! J; a$ }- `4 s' W; M6 C6 _2 [( r　　作为回调函数的c++方法
  m0 F0 m. V( u/ }; t　　因为平时很可能会使用到++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：
  g8 N  c  K% Q: @
) P: U& r' j0 t& h3 jclass CCallbackTester2 s* a9 E2 P% m# R0 a) F
{
' Z9 T2 W+ z2 `7 g" S( w) K　public:
" r" M1 V6 d4 Z& \1 N1 u* p　int CALLBACK CompareInts(const byte* velem1, const byte* velem2);+ M" c* p" @  e! W6 J1 C7 L+ f
};
& K! K+ X+ r1 M, u+ A7 BBubblesort((byte*)array, 5, sizeof(array[0]),, V( U* b, x; i3 v7 P
&CCallbackTester::CompareInts);
7 T5 f# Y. a; r- \　　如果使用微软的编译器，将会得到下面这个编译错误：; A/ b; s2 Z0 i0 x
; n: y8 ^) r. b0 A6 H8 o9 J6 A
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  g: c  H* J" ~
　　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。