函數指標與軟體設計

來源： http://dev.csdn.net/author/absurd/6b43759193e74da4a4d911c0593af9f2.html

記得剛開始工作時，一位高手告訴我，說，longjmp和setjmp玩得不熟，就不要自稱為C語言高手。當時我半信半疑，為了讓自己向高手方向邁進，還是花了一點時間去學習longjmp和setjmp的用法。後來明白那不單是跳來跳去那樣簡單，而是一種進階的異常處理機制，在某些情況下確實很有用。

 

為 了顯示自己的技巧，也在自己的程式中用過幾次。漸漸發現這樣的技巧帶來的好處是有代價的，破壞了程式的結構化設計，程式變得很難讀，尤其對新手來說。終於 明白這種技巧不過是一種調味料，在少數情況使用幾次，可以簡化對問題的處理。如果把調味拿來當飯吃，一定會本末倒置，寫出的程式會呈現營養不良之狀。

 

事實上，longjmp和setjmp玩得熟不熟與是不是C語言高手，不是因果關係。但是，如果可以套用那位高手的話，我倒想說如果函數指標玩得不熟，就不要自稱為C語言高手。為什麼這麼說呢，函數指標有那麼複雜嗎？當然不是，任何一個稍有編程常識的人，不管他懂不懂C語言，在10分鐘內，我想他一定可以明白C語言中的函數指標是怎麼回事。

 

原 因在於，難的不是函數指標的概念和文法本身，而是在什麼時候，什麼地方該使用它。函數指標不僅是文法上的問題，更重要的是它是一個設計範疇。真正的高手當 然不單應該懂得文法層面上的技巧，更應該懂得設計上的方法。不懂設計，能算高手嗎？懷疑我在誇大其辭嗎？那我們先看看函數指標與哪些設計方法有關：

 

與分層設計有關。分層設計早就不是什麼新的概念，分層的好處是眾所周知的，比較明顯好處就是簡化複雜度、隔離變化。採用分層設計，每層都只需關心自己的東西，這減小了系統的複雜度，層與層之間的互動僅限於一個很窄的介面，只要介面不變，某一層的變化不會影響其它層，這隔離了變化。

 

分 層的一般原則是，上層可以直接調用下層的函數，下層則不能直接調用上層的函數。這句話說來簡單，在現實中，下層常常要反過來調用上層的函數。比如你在拷貝 檔案時，在介面層調用一個拷貝檔案函數。介面層是上層，拷貝檔案函數是下層，上層調用下層，理所當然。但是如果你想在拷貝檔案時還要更新進度條，問題就來 了。一方面，只有拷貝檔案函數才知道拷貝的進度，但它不能去更新介面的進度條。另外一方面，介面知道如何去更新進度條，但它又不知道拷貝的進度。怎麼辦？ 常見的做法，就是介面設定一個回呼函數給拷貝檔案函數，拷貝檔案函數在適當的時候調用這個回呼函數來通知介面更新狀態。

 

與抽象有關。抽象是物件導向中最重要的概念之一，也是物件導向威力強大之處。物件導向只是一種思想，大家都知道，用C語言一樣可以實現物件導向的編程。這可不是為了趕時髦，而是一種實用的方法。如果你對此表示懷疑，可以去看看GTK+、linux kernel等開原始碼。

 

介面是最進階的抽象。在linux kernel裡面，介面的概念無處不在，像虛擬檔案系統(VFS)，它定義一個檔案系統的介面，只要按照這種介面的規範，你可以自己開發一個檔案系統掛上去。裝置驅動程式更是如此，不同的裝置驅動程式有自己一套不同的介面規範。在自己開發裝置開發驅動程式時，只要遵循相應的介面規範就行了。介面在C語言中如何表示？很簡單，就是一組函數指標。

 

與介面與實現分開有關。針對介面編程，而不是針對實現編程，此為《設計模式》的第一條設計準則。分開介面與實現的目標是要隔離變化。軟體是變化的，如果不能把變化的東西隔離開來，導致牽一髮而動全身，代價是巨大的。這是大家所不願看到的。

 

C語言既然可以實現物件導向的編程，自然可以利用設計模式來分離介面與實現。像橋接模式、策略模式、狀態模式、代理模式等等，在C語言中，無一不需要利用函數指標來實現。

 

與松耦合原則有關。 面向過程與物件導向相比，之所以顯得蒼白無力，原因之一就是它不像物件導向一樣，可以直觀的把現實模型映射到電腦中。面向過程講的是層層控制，而面向對 象更強調的對象間的分工合作。現實世界中的對象處於層次關係的較少，處於對等關係的居多。也就是說，對象間的互動往往是雙向的。這會加強對象間的耦合性。

 

耦合本身沒有錯，實際上耦合是必不可少的，沒有耦合就沒有協作，對象之間無法形成一個整體，什麼事也做不了。關鍵在於耦合要恰當，在實現預定功能的前提下，耦合要儘可能的鬆散。這樣，系統的一部分變化對其它部分的影響會很少。

 

函數指標是解耦對象關係的最佳利器。Signal(如boost的signal和glib中的signal)機制是一個典型的例子，一個對象自身的狀態可能是在變化的（或者會觸發一些事件），而其它對象關心它的變化。一旦該對象有變化發生，其它對象要執行相應的操作。

 

如果該對象直接去調用其它對象的函數，功能是完成了，但對象之間的耦合太緊了。如何把這種耦合降到最低呢，signal機制是很好的辦法。它的原理大致如下：其它關注該對象變化的對象主動註冊一個回呼函數到該對象中。一旦該對象有變化發生，就調用這些回呼函數通知其它對象。功能同樣實現了，但它們之間的耦合度降低了。

 

在C語言中，要解決以上這些問題，不採用函數指標，將是非常困難的。在編程中，如果你從沒有想到用函數指標，很難想像你是一個C語言高手。