【C++】关于回调函数
什么是回调函数?
你到一个商店买东西,刚好你要的东西没有货,于是你在店员那里留下了你的电话,过了几天店里有货了,店员就打了你的电话,然后你接到电话后就到店里去取了货。在这个例子里,你的电话号码就叫回调函数,你把电话留给店员就叫登记回调函数,店里后来有货了叫做触发了回调关联的事件,店员给你打电话叫做调用回调函数,你到店里去取货叫做响应回调事件。
我们绕点远路来回答这个问题。
编程分为两类:系统编程(system programming)和应用编程(application programming)。
所谓系统编程,简单来说,就是编写库;而应用编程就是利用写好的各种库来编写具某种功用的程序,也就是应用。系统程序员会给自己写的库留下一些接口,即API(application programming interface,应用编程接口),以供应用程序员使用。所以在抽象层的图示里,库位于应用的底下。
当程序跑起来时,一般情况下,应用程序(application program)会时常通过API调用库里所预先备好的函数。但是有些库函数(library function)却要求应用先传给它一个函数,好在合适的时候调用,以完成目标任务。这个被传入的、后又被调用的函数就称为回调函数(callback function)。
打个比方,有一家旅馆提供叫醒服务,但是要求旅客自己决定叫醒的方法。可以是打客房电话,也可以是派服务员去敲门,睡得死怕耽误事的,还可以要求往自己头上浇盆水。这里,“叫醒”这个行为是旅馆提供的,相当于库函数,但是叫醒的方式是由旅客决定并告诉旅馆的,也就是回调函数。而旅客告诉旅馆怎么叫醒自己的动作,也就是把回调函数传入库函数的动作,称为登记回调函数(to register a callback function)。如下图所示:
可以看到,回调函数通常和应用处于同一抽象层(因为传入什么样的回调函数是在应用级别决定的)。而回调就成了一个高层调用底层,底层再回过头来调用高层的过程。(我认为)这应该是回调最早的应用之处,也是其得名如此的原因。
回调机制的优势
从上面的例子可以看出,回调机制提供了非常大的灵活性。请注意,从现在开始,我们把图中的库函数改称为中间函数了,这是因为回调并不仅仅用在应用和库之间。任何时候,只要想获得类似于上面情况的灵活性,都可以利用回调。
这种灵活性是怎么实现的呢?乍看起来,回调似乎只是函数间的调用,但仔细一琢磨,可以发现两者之间的一个关键的不同:在回调中,我们利用某种方式,把回调函数像参数一样传入中间函数。可以这么理解,在传入一个回调函数之前,中间函数是不完整的。换句话说,程序可以在运行时,通过登记不同的回调函数,来决定、改变中间函数的行为。这就比简单的函数调用要灵活太多了。请看下面这段Python写成的回调的简单示例:
even.py
#回调函数1
#生成一个2k形式的偶数
def double(x):return x * 2#回调函数2
#生成一个4k形式的偶数
def quadruple(x):return x * 4
callback_demo.py
from even import *#中间函数
#接受一个生成偶数的函数作为参数
#返回一个奇数
def getOddNumber(k, getEvenNumber):return 1 + getEvenNumber(k)#起始函数,这里是程序的主函数
def main(): k = 1#当需要生成一个2k+1形式的奇数时i = getOddNumber(k, double)print(i)#当需要一个4k+1形式的奇数时i = getOddNumber(k, quadruple)print(i)#当需要一个8k+1形式的奇数时i = getOddNumber(k, lambda x: x * 8)print(i)if __name__ == "__main__":main()
运行callback_demp.py
,输出如下:
3
5
9
上面的代码里,给getOddNumber
传入不同的回调函数,它的表现也不同,这就是回调机制的优势所在。值得一提的是,上面的第三个回调函数是一个匿名函数。
易被忽略的第三方
通过上面的论述可知,中间函数和回调函数是回调的两个必要部分,不过人们往往忽略了回调里的第三位要角,就是中间函数的调用者。绝大多数情况下,这个调用者可以和程序的主函数等同起来,但为了表示区别,我这里把它称为起始函数(如上面的代码中注释所示)。
之所以特意强调这个第三方,是因为我在网上读相关文章时得到一种印象,很多人把它简单地理解为两个个体之间的来回调用。譬如,很多中文网页在解释“回调”(callback)时,都会提到这么一句话:“If you call me, I will call you back.”我没有查到这句英文的出处。我个人揣测,很多人把起始函数和回调函数看作为一体,大概有两个原因:第一,可能是“回调”这一名字的误导;第二,给中间函数传入什么样的回调函数,是在起始函数里决定的。实际上,回调并不是“你我”两方的互动,而是ABC的三方联动。有了这个清楚的概念,在自己的代码里实现回调时才不容易混淆出错。
另外,回调实际上有两种:阻塞式回调和延迟式回调。
两者的区别在于:阻塞式回调里,回调函数的调用一定发生在起始函数返回之前;而延迟式回调里,回调函数的调用有可能是在起始函数返回之后。这里不打算对这两个概念做更深入的讨论,之所以把它们提出来,也是为了说明强调起始函数的重要性。网上的很多文章,提到这两个概念时,只是笼统地说阻塞式回调发生在主调函数返回之前,却没有明确这个主调函数到底是起始函数还是中间函数,不免让人糊涂,所以这里特意说明一下。
另外还请注意,本文中所举的示例均为阻塞式回调。延迟式回调通常牵扯到多线程,我自己还没有完全搞明白,所以这里就不多说了。
回调函数使用示例
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;struct stu {int sno;string name;
};
typedef int(*A)(int a, int b);
typedef void(*B)(string a);
typedef stu(*C)(stu &a);//被调函数
int A_Function(int a, int b) {return a + b;
}void B_Function(string a) {cout << a << endl;
}stu C_Function(stu &a) {cout << a.sno << " " << a.name << endl;return a;
}//中间函数
void call_A(int a, int b, int c, A A_Function) {cout << "第" << a << "个:" << b << "+" << c << "=" << (*A_Function)(b,c) << endl;
}void call_B(int a, string b, B B_Function) {cout << "第" << a << "个:" ;(*B_Function)(b);
}void call_C(int a, stu b, C C_Function) {cout << "第" << a << "个:" ;(*C_Function)(b) ;
}//调用函数
int main() {int a = 1,b = 1, c = 1;string str = "I am a Callback Function!",str2 = "zjs";stu zjs{211001, str2};call_A(a, b, c, A_Function);a++;call_B(a, str, B_Function);a++;call_C(a, zjs, C_Function);return 0;
}
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