5. 回调函数

如果参数是一个函数指针,调用者可以传递一个函数的地址给实现者,让实现者去调用它,这称为回调函数(Callback Function)。例如qsort(3)bsearch(3)

表 24.7. 回调函数示例:void func(void (*f)(void *), void *p);

调用者实现者
  1. 提供一个回调函数,再提供一个准备传给回调函数的参数。

  2. 把回调函数传给参数f,把准备传给回调函数的参数按void *类型传给参数p

  1. 在适当的时候根据调用者传来的函数指针f调用回调函数,将调用者传来的参数p转交给回调函数,即调用f(p);


以下是一个简单的例子。实现了一个repeat_three_times函数,可以把调用者传来的任何回调函数连续执行三次。

例 24.7. 回调函数

/* para_callback.h */
#ifndef PARA_CALLBACK_H
#define PARA_CALLBACK_H

typedef void (*callback_t)(void *);
extern void repeat_three_times(callback_t, void *);

#endif
/* para_callback.c */
#include "para_callback.h"

void repeat_three_times(callback_t f, void *para)
{
     f(para);
     f(para);
     f(para);
}
/* main.c */
#include <stdio.h>
#include "para_callback.h"

void say_hello(void *str)
{
     printf("Hello %s\n", (const char *)str);
}

void count_numbers(void *num)
{
     int i;
     for(i=1; i<=(int)num; i++)
	  printf("%d ", i);
     putchar('\n');
}

int main(void)
{
     repeat_three_times(say_hello, "Guys");
     repeat_three_times(count_numbers, (void *)4);
     return 0;
}

回顾一下前面几节的例子,参数类型都是由实现者规定的。而本例中回调函数的参数按什么类型解释由调用者规定,对于实现者来说就是一个void *指针,实现者只负责将这个指针转交给回调函数,而不关心它到底指向什么数据类型。调用者知道自己传的参数是char *型的,那么在自己提供的回调函数中就应该知道参数要转换成char *型来解释。

回调函数的一个典型应用就是实现类似C++的泛型算法(Generics Algorithm)。下面实现的max函数可以在任意一组对象中找出最大值,可以是一组int、一组char或者一组结构体,但是实现者并不知道怎样去比较两个对象的大小,调用者需要提供一个做比较操作的回调函数。

例 24.8. 泛型算法

/* generics.h */
#ifndef GENERICS_H
#define GENERICS_H

typedef int (*cmp_t)(void *, void *);
extern void *max(void *data[], int num, cmp_t cmp);

#endif
/* generics.c */
#include "generics.h"

void *max(void *data[], int num, cmp_t cmp)
{
     int i;
     void *temp = data[0];
     for(i=1; i<num; i++) {
	  if(cmp(temp, data[i])<0)
	       temp = data[i];
     }
     return temp;
}
/* main.c */
#include <stdio.h>
#include "generics.h"

typedef struct {
     const char *name;
     int score;
} student_t;

int cmp_student(void *a, void *b)
{
     if(((student_t *)a)->score > ((student_t *)b)->score)
	  return 1;
     else if(((student_t *)a)->score == ((student_t *)b)->score)
	  return 0;
     else
	  return -1;
}

int main(void)
{
     student_t list[4] = {{"Tom", 68}, {"Jerry", 72},
		       {"Moby", 60}, {"Kirby", 89}};
     student_t *plist[4] = {&list[0], &list[1], &list[2], &list[3]};
     student_t *pmax = max((void **)plist, 4, cmp_student);
     printf("%s gets the highest score %d\n", pmax->name, pmax->score);

     return 0;
}

max函数之所以能对一组任意类型的对象进行操作,关键在于传给max的是指向对象的指针所构成的数组,而不是对象本身所构成的数组,这样max不必关心对象到底是什么类型,只需转给比较函数cmp,然后根据比较结果做相应操作即可,cmp是调用者提供的回调函数,调用者当然知道对象是什么类型以及如何比较。

以上举例的回调函数是被同步调用的,调用者调用max函数,max函数则调用cmp函数,相当于调用者间接调了自己提供的回调函数。在实际系统中,异步调用也是回调函数的一种典型用法,调用者首先将回调函数传给实现者,实现者记住这个函数,这称为注册一个回调函数,然后当某个事件发生时实现者再调用先前注册的函数,比如sigaction(2)注册一个信号处理函数,当信号产生时由系统调用该函数进行处理,再比如pthread_create(3)注册一个线程函数,当发生调度时系统切换到新注册的线程函数中运行,在GUI编程中异步回调函数更是有普遍的应用,例如为某个按钮注册一个回调函数,当用户点击按钮时调用它。

以下是一个代码框架。

/* registry.h */
#ifndef REGISTRY_H
#define REGISTRY_H

typedef void (*registry_t)(void);
extern void register_func(registry_t);

#endif
/* registry.c */
#include <unistd.h>
#include "registry.h"

static registry_t func;

void register_func(registry_t f)
{
     func = f;
}

static void on_some_event(void)
{
     ...
     func();
     ...
}

既然参数可以是函数指针,返回值同样也可以是函数指针,因此可以有func()();这样的调用。返回函数的函数在C语言中很少见,在一些函数式编程语言(例如LISP)中则很常见,基本思想是把函数也当作一种数据来操作,输入、输出和参与运算,操作函数的函数称为高阶函数(High-order Function)

习题

1、[K&R]的5.6节有一个qsort函数的实现,可以对一组任意类型的对象做快速排序。请读者仿照那个例子,写一个插入排序的函数和一个折半查找的函数。