关于Callback函数

Author:Marius Bancila
http://www.codeguru.com/Cpp/Cpp/cpp_mfc/callbacks/article.php/c10557/
翻译by：AllenTing
环境：C/C++/VC++

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。

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：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：

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：

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;
}
　　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：

#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);
　　如果使用微软的编译器，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。