C语言的本质（17）——回调函数

如果函数的参数是一个函数指针，我们可以通过这个函数指针传递一个函数的地址给另外一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数（Callback Function）。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。

因为可以把调用者与被调用者（实现者）分开，所以调用者不关心谁是被调用者。它只需知道存在一个具有特定原型和限制条件的被调用函数。换句话讲，回调函数就是允许用户把需要调用的方法的指针作为参数传递给一个函数，以便该函数在处理相似事件的时候可以灵活的使用不同的方法。

下面是一个回调函数的示例：

void func( void (*f)(void *), void *p );

其调用者与实现者之间的协议如下：

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);

下面是一个简单的例子。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。

/* 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, (void *)"Guys");
    repeat_three_times(count_numbers, (void *)4);
    return 0;
}

一般来说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。

/* 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Linux系统下，sigaction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、Haskell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。