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。本文将要解釋什麼是回調函數、它們有什麼好處、為什麼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。
什麼是回調函數?
簡而言之,回調函數就是一個通過函數指針調用的函數。如果你把函數的指針(位址)作為參數傳遞給另一個函數,當這個指針被用為調用它所指向的函數時,我們就說這是回調函數。
為什麼要使用回調函數?
因為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,隻是存在一個具有某種特定原型、某些限制條件(如傳回值為int)的被調用函數。
如果想知道回調函數在實際中有什麼作用,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作,如冒泡排序、快速排序、shell排序、shake排序等等,但為使庫更加通用,不想在函數中嵌入排序邏輯,而讓使用者來實作相應的邏輯;或者,想讓庫可用于多種資料類型(int、float、string),此時,該怎麼辦呢?可以使用函數指針,并進行回調。
回調可用于通知機制,例如,有時要在程式中設定一個計時器,每到一定時間,程式會得到相應的通知,但通知機制的實作者對我們的程式一無所知。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,來通知我們的程式事件已經發生。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式的消息隊列。
另一個使用回調機制的API函數是EnumWindow(),它枚舉螢幕上所有的頂層視窗,為每個視窗調用一個程式提供的函數,并傳遞視窗的處理程式。如果被調用者傳回一個值,就繼續進行疊代,否則,退出。EnumWindow()并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式做了什麼,它隻關心傳回值,因為基于傳回值,它将繼續執行或退出。
不管怎麼說,回調函數是繼續自C語言的,因而,在C++中,應隻在與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++中應使用虛拟方法或函數符(functor),而不是回調函數。
一個簡單的回調函數實作
下面建立了一個sort.dll的動态連結庫,它導出了一個名為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,但實作了不同的排序算法。
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,以位元組為機關。
·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,其位址是作為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作,或它怎樣被實作的,所需在意的隻是兩個用于比較的元素的位址,并傳回以下的某個值(庫的編寫者和使用者都必須遵守這個約定):
·-1:如果第一個元素較小,那它在已排序好的數組中,應該排在第二個元素前面。
·0:如果兩個元素相等,那麼它們的相對位置并不重要,在已排序好的數組中,誰在前面都無所謂。
·1:如果第一個元素較大,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()的實作如下,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;
}
}
}
}
注意:因為實作中使用了memcpy(),是以函數在使用的資料類型方面,會有所局限。
對使用者來說,必須有一個回調函數,其位址要傳遞給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元串:
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);
}
下面另有一個程式,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;
}
如果想進行降序排序(大元素在先),就隻需修改回調函數的代碼,或使用另一個回調函數,這樣程式設計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,因為它以雙下劃線打頭,是以它是一個特定于編譯器的擴充,說到底也就是微軟的實作。任何支援開發基于Win32的程式都必須支援這個擴充或其等價物。以__stdcall辨別的函數使用了标準調用約定,為什麼叫标準約定呢,因為所有的Win32 API(除了個别接受可變參數的除外)都使用它。标準調用約定的函數在它們傳回到調用者之前,都會從堆棧中移除掉參數,這也是Pascal的标準約定。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;為強制函數使用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作業系統采用了标準調用約定(Pascal約定),因為其可減小代碼的體積。這點對早期的Windows來說非常重要,因為那時它運作在隻有640KB記憶體的電腦上。
如果你不喜歡__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
作為回調函數的C++方法
因為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);
如果使用微軟的編譯器,将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
這是因為非靜态成員函數有一個額外的參數:this指針,這将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。