C/C++中回呼函數初探

簡介

　　對於很多初學者來說，往往覺得回呼函數很神秘，很想知道回呼函數的工作原理。本文將要解釋什麼是回呼函數、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標。

　　什麼是回呼函數？

　　簡而言之，回呼函數就是一個通過函數指標調用的函數。如果你把函數的指標（地址）作為參數傳遞給另一個函數，當這個指標被用為調用它所指向的函數時，我們就說這是回呼函數。

　　為什麼要使用回呼函數？

　　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，只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。

　　如果想知道回呼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，它提供了某些排序演算法的實現，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，而讓使用者來實現相應的邏輯；或者，想讓庫可用於多種資料類型（int、float、string），此時，該怎麼辦呢？可以使用函數指標，並進行回調。

　　回調可用於通知機制，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，但通知機制的實現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標，用這個指標來進行回調，來通知我們的程式事件已經發生。實際上，SetTimer() API使用了一個回呼函數來通知計時器，而且，萬一沒有提供回呼函數，它還會把一個訊息發往程式的訊息佇列。

　　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，並傳遞視窗的處理常式。如果被調用者返回一個值，就繼續進行迭代，否則，退出。EnumWindow()並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常式做了什麼，它只關心傳回值，因為基於傳回值，它將繼續執行或退出。

　　不管怎麼說，回呼函數是繼續自C語言的，因而，在C++中，應只在與C代碼建立介面，或與已有的回調介面打交道時，才使用回呼函數。除了上述情況，在C++中應使用虛擬方法或函數符（functor），而不是回呼函數。

　　一個簡單的回呼函數實現

　　下面建立了一個sort.dll的動態連結程式庫，它匯出了一個名為CompareFunction的類型--typedef int (__stdcall *CompareFunction)(const byte*, const byte*)，它就是回呼函數的類型。另外，它也匯出了兩個方法：Bubblesort()和Quicksort()，這兩個方法原型相同，但實現了不同的排序演算法。

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：指向元素數組的指標（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，以位元組為單位。

　　·CompareFunction cmpFunc：帶有上述原型的指向回呼函數的指標。

　　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，而函數中有一個回呼函數，其地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現，或它怎樣被實現的，所需在意的只是兩個用於比較的元素的地址，並返回以下的某個值（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並不重要，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。

　　基於以上約定，函數Bubblesort()的實現如下，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：因為實現中使用了memcpy()，所以函數在使用的資料類型方面，會有所局限。

　　對使用者來說，必須有一個回呼函數，其地址要傳遞給Bubblesort()函數。下面有二個簡單的樣本，一個比較兩個整數，而另一個比較兩個字串：

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，用於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呼函數的指標。

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），就只需修改回呼函數的代碼，或使用另一個回呼函數，這樣編程起來靈活性就比較大了。

呼叫慣例

　　上面的代碼中，可在函數原型中找到__stdcall，因為它以雙底線打頭，所以它是一個特定於編譯器的擴充，說到底也就是微軟的實現。任何支援開發基於Win32的程式都必須支援這個擴充或其等價物。以__stdcall標識的函數使用了標準呼叫慣例，為什麼叫標準約定呢，因為所有的Win32 API（除了個別接受可變參數的除外）都使用它。標準呼叫慣例的函數在它們返回到調用者之前，都會從堆棧中移除掉參數，這也是Pascal的標準約定。但在C/C++中，呼叫慣例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++呼叫慣例，可使用__cdecl。另外，可變參數函數也使用C/C++呼叫慣例。

　　Windows作業系統採用了標準呼叫慣例（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，因為那時它運行在只有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
　　作為回呼函數的C++方法

　　因為平時很可能會使用到C++編寫代碼，也許會想到把回呼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，將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
　　這是因為非靜態成員函數有一個額外的參數：this指標，這將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，但限於篇幅，就不再論述了。