编程笔记:C语言回调函数

@李彪  July 9, 2018

在计算机程序设计中,回调函数,或简称回调(Callback 即call then back 被主函数调用运算后会返回主函数),是指通过函数参数传递到其它代码的,某一块可执行代码的引用。这一设计允许了底层代码调用在高层定义的子程序。

假设我们要使用一个排序函数来对数组进行排序,那么在主程序(Main program)中,我们先通过库,选择一个库排序函数(Library function)。但排序算法有很多,有冒泡排序,选择排序,快速排序,归并排序。同时,我们也可能需要对特殊的对象进行排序,比如特定的结构体等。库函数会根据我们的需要选择一种排序算法,然后调用实现该算法的函数来完成排序工作。这个被调用的排序函数就是回调函数(Callback function)。

结合这幅图和上面对回调函数的解释,我们可以发现,要实现回调函数,最关键的一点就是要将函数的指针传递给一个函数(上图中是库函数),然后这个函数就可以通过这个指针来调用回调函数了。注意,回调函数并不是C语言特有的,几乎任何语言都有回调函数。在C语言中,我们通过使用函数指针来实现回调函数。那函数指针是什么?不着急,下面我们就先来看看什么是函数指针。

什么是函数指针

函数指针也是一种指针,只是它指向的不是整型,字符型而是函数。在C中,每个函数在编译后都是存储在内存中,并且每个函数都有一个入口地址,根据这个地址,我们便可以访问并使用这个函数。函数指针就是通过指向这个函数的入口,从而调用这个函数。

函数指针的使用

函数指针的定义

函数指针虽然也是指针,但它的定义方式却和其他指针看上去很不一样,我们来看看它是如何定义的:

/* 方法1 */
void (*p_func)(int, int, float) = NULL;

/* 方法2 */
typedef void (*tp_func)(int, int, float);
tp_func p_func = NULL;

这两种方式都是定义了一个指向返回值为 void 类型,参数为 (int, int, float) 的函数指针。第二种方法是为了让函数指针更容易理解,尤其是在复杂的环境下;而对于一般的函数指针,直接用第一种方法就行了。
如果之前没见过函数指针,可能会觉得函数指针的定义比较怪,为什么不是 void ()(int, int, float)*p_func 而是 void (*p_func)(int, int, float) 这种形式?这个问题我也不知道,也没必要纠结,花点时间理解下它与普通指针的区别,实在不行就先记住它的形式。

函数指针的赋值

在定义完函数指针后,我们就需要给它赋值了我们有两种方式对函数指针进行赋值:

void (*p_func)(int, int, float) = NULL;
p_func = &func1;
p_func = func2;

上面两种方法都是合法的,对于第二种方法,编译器会隐式地将 func_2 由 void ()(int, int, float) 类型转换成 void (*)(int, int, float) 类型,因此,这两种方法都行。

使用函数指针调用函数

因为函数指针也是指针,因此可以使用常规的带 * 的方法来调用函数。和函数指针的赋值一样,我们也可以使用两种方法:

/* 方法1 */
int val1 = p_func(1,2,3.0);

/* 方法2 */
int val2 = (*p_func)(1,2,3.0);

方法1和我们平时直接调用函数是一样的,方法2则是用了 * 对函数指针取值,从而实现对函数的调用。

将函数指针作为参数传给函数

函数指针和普通指针一样,我们可以将它作为函数的参数传递给函数,下面我们看看如何实现函数指针的传参:

/* func3 将函数指针 p_func 作为其形参 */
void func3(int a, int b, float c, void (*p_func)(int, int, float))
{
    (*p_func)(a, b, c);
}

/* func4 调用函数func3 */
void func4()
{
    func3(1, 2, 3.0, func_1);
    /* 或者 func3(1, 2, 3.0, &func_1); */
}

函数指针作为函数返回类型

有了上面的基础,要写出返回类型为函数指针的函数应该不难了,下面这个例子就是返回类型为函数指针的函数:

void (* func5(int, int, float ))(int, int)
{
    ...
}

在这里, func5 以 (int, int, float) 为参数,其返回类型为 void (*)(int, int) 。在C语言中,变量或者函数的声明也是一个大学问。

函数指针数组

在开始讲解回调函数前,最后介绍一下函数指针数组。既然函数指针也是指针,那我们就可以用数组来存放函数指针。下面我们看一个函数指针数组的例子:

/* 方法1 */
void (*func_array_1[5])(int, int, float);

/* 方法2 */
typedef void (*p_func_array)(int, int, float);
p_func_array func_array_2[5];

上面两种方法都可以用来定义函数指针数组,它们定义了一个元素个数为5,类型是 void (*)(int, int, float) 的函数指针数组。

回调函数

我们前面谈的都是函数指针,现在我们回到正题,来看看回调函数到底是怎样实现的。下面是一个四则运算的简单回调函数例子:

float SUB(float a, float b) 
{
    return a - b;
}

float MUL(float a, float b) 
{
    return a * b;
}

float DIV(float a, float b) 
{
    return a / b;
}

/****************************************
 * 初始化函数指针
 ***************************************/
void init_op(OP *op)
{
    op->p_add = ADD;
    op->p_sub = SUB;
    op->p_mul = &MUL;
    op->p_div = ÷
}

/****************************************
 * 库函数
 ***************************************/
float add_sub_mul_div(float a, float b, float (*op_func)(float, float))
{
    return (*op_func)(a, b);
}

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    OP *op = (OP *)malloc(sizeof(OP)); 
    init_op(op);
    
    /* 直接使用函数指针调用函数 */ 
    printf("ADD = %f, SUB = %f, MUL = %f, DIV = %f\n", (op->p_add)(1.3, 2.2), (*op->p_sub)(1.3, 2.2), 
            (op->p_mul)(1.3, 2.2), (*op->p_div)(1.3, 2.2));
     
    /* 调用回调函数 */ 
    printf("ADD = %f, SUB = %f, MUL = %f, DIV = %f\n", 
            add_sub_mul_div(1.3, 2.2, ADD), 
            add_sub_mul_div(1.3, 2.2, SUB), 
            add_sub_mul_div(1.3, 2.2, MUL), 
            add_sub_mul_div(1.3, 2.2, DIV));

    return 0; 
}

这个例子有点长,我一步步地来讲解如何使用回调函数。

第一步

要完成加减乘除,我们需要定义四个函数分别实现加减乘除的运算功能,这几个函数就是:

/****************************************
 * 加减乘除函数
 ***************************************/
float ADD(float a, float b) 
{
    return a + b;
}

float SUB(float a, float b) 
{
    return a - b;
}

float MUL(float a, float b) 
{
    return a * b;
}

float DIV(float a, float b) 
{
    return a / b;
}

第二步

我们需要定义四个函数指针分别指向这四个函数:

/****************************************
 * 函数指针结构体
 ***************************************/
typedef struct _OP {
    float (*p_add)(float, float); 
    float (*p_sub)(float, float); 
    float (*p_mul)(float, float); 
    float (*p_div)(float, float); 
} OP; 

/****************************************
 * 初始化函数指针
 ***************************************/
void init_op(OP *op)
{
    op->p_add = ADD;
    op->p_sub = SUB;
    op->p_mul = &MUL;
    op->p_div = ÷
}

第三步

我们需要创建一个“库函数”,这个函数以函数指针为参数,通过它来调用不同的函数:

/****************************************
 * 库函数
 ***************************************/
float add_sub_mul_div(float a, float b, float (*op_func)(float, float))
{
    return (*op_func)(a, b);
}

第四步

当这几部都完成后,我们就可以开始调用回调函数了:

/* 调用回调函数 */ 
printf("ADD = %f, SUB = %f, MUL = %f, DIV = %f\n", 
        add_sub_mul_div(1.3, 2.2, op->p_add), 
        add_sub_mul_div(1.3, 2.2, op->p_sub), 
        add_sub_mul_div(1.3, 2.2, MUL), 
        add_sub_mul_div(1.3, 2.2, DIV));

简单的四部便可以实现回调函数。在这四步中,我们甚至可以省略第二步,直接将函数名传入“库函数”,比如上面的乘法和除法运算。回调函数的核心就是函数指针,只要搞懂了函数指针再学回调函数,那真是手到擒来了。

总结

本文主要讲了如何使用函数指针和回调函数。回调函数的核心就是函数指针,因此我花了大量篇幅讲解函数指针。对于回调函数的实现,我给出了一个例子,希望这个例子能给你帮助。回调函数很重要,如果连它都不会,C语言真不算入门了。当然了,即使会了它,也不要骄傲,因为C语言还有太多的东西需要我们去学习、实践。

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