回调函数的作用

2023-11-16

回调函数的作用   原文地址: http://wmnmtm.blog.163.com/blog/static/3824571420105484116877/
一直不太理解回调函数的作用,下面是找到的一些关于回调函数的作用的解答。
1.回调函数是一个很有用,也很重要的概念。当发生某种事件时,系统或其他函数将会自动调用你定义的一段函数。
2.回调函数就相当于一个中断处理函数,由系统在符合你设定的条件时自动调用。为此,你需要做三件事:1,声明;2,定义;3,设置触发条件,就是在你的函数中把你的回调函数名称转化为地址作为一个参数,以便于系统调用。
3.所谓回调函数就是按照一定的形式由你定义并编写实现内容,当发生某种事件时,而由系统或其它函数来调用的函数。使用回调函数实际上就是在调用某个函数时,将自己编写的一个函数的地址作为参数传递给那个函数。而那个函数在需要的时候,也就是某种事情发生的时候,利用传递的函数地址调用回调函数,这时你可以利用这个机会在回调函数中处理消息或完成一定的操作。回调函数只能是全局函数,或者是静态函数,因为这个函数只是在这个类中使用,所以为了维护类的完整性,我们用类的静态成员函数来做回调函数。
4.对于很多初学者来说,往往觉得回调函数很神秘,很想知道回调函数的工作原理。本文将要解释什么是回调函数、它们有什么好处、为什么要使用它们等等问题,在开始之前,假设你已经熟知了函数指针。
(1)什么是回调函数?
  
简而言之,回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针(地址)作为参数传递给另一个函数,当这个指针被用为调用它所指向的函数时,我们就说这是回调函数。
(2)为什么要使用回调函数?
  
因为可以把调用者与被调用者分开。调用者不关心谁是被调用者,所有它需知道的,只是存在一个具有某种特定原型、某些限制条件(如返回值为int)的被调用函数。
  
如果想知道回调函数在实际中有什么作用,先假设有这样一种情况,我们要编写一个库,它提供了某些排序算法的实现,如冒泡排序、快速排序、shell排序、shake排序等等,但为使库更加通用,不想在函数中嵌入排序逻辑,而让使用者来实现相应的逻辑;或者,想让库可用于多种数据类型(int、float、string),此时,该怎么办呢?可以使用函数指针,并进行回调。
  
回调可用于通知机制,例如,有时要在程序中设置一个计时器,每到一定时间,程序会得到相应的通知,但通知机制的实现者对我们的程序一无所知。而此时,就需有一个特定原型的函数指针,用这个指针来进行回调,来通知我们的程序事件已经发生。实际上,SetTimer()API使用了一个回调函数来通知计时器,而且,万一没有提供回调函数,它还会把一个消息发往程序的消息队列。
  
另一个使用回调机制的API函数是EnumWindow(),它枚举屏幕上所有的顶层窗口,为每个窗口调用一个程序提供的函数,并传递窗口的处理程序。如果被调用者返回一个值,就继续进行迭代,否则,退出。EnumWindow()并不关心被调用者在何处,也不关心被调用者用它传递的处理程序做了什么,它只关心返回值,因为基于返回值,它将继续执行或退出。
  
不管怎么说,回调函数是继续自C语言的,因而,在C++中,应只在与C代码建立接口,或与已有的回调接口打交道时,才使用回调函数。除了上述情况,在C++中应使用虚拟方法或函数符(functor),而不是回调函数。


作者:桥头堡
链接:https://www.zhihu.com/question/19801131/answer/27459821
来源:知乎
著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

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 ;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(图片来源:维基百科):


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 过头来 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率做更深入的讨论,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。


回调函数是你写一个函数,让预先写好的系统来调用。你去调用系统的函数,是直调。让系统调用你的函数,就是回调。但假如满足于这种一句话结论,是不会真正明白的。


回调函数可以看成,让别人做事,传进去的额外信息。


比如 A 让 B 做事,根据粒度不同,可以理解成 A 函数调用 B 函数,或者 A 类使用 B 类,或者 A 组件使用 B 组件等等。反正就是 A 叫 B 做事。


当 B 做这件事情的时候,自身的需要的信息不够,而 A 又有。就需要 A 从外面传进来,或者 B 做着做着再向外面申请。对于 B 来说,一种被动得到信息,一种是主动去得到信息,有人给这两种方式术语,叫信息的 push,和信息的 pull。


A 调用 B,A 需要向 B 传参数。如简单的函数:

int max(int a, int b); 

要使用这函数,得到两者最大的值, 外面就要传进来 a, b。这个很好理解。


void qsort(void *, size_t, size_t, int (*)(const void *, const void *));

而这个函数用于排序,最后一个参数就是回调函数,似乎就比较难以理解了。这是因为人为割裂了代码和数据。


我们暂停一下,看看计算机中比较诡异的地方,也就是代码(code)和数据(data)的统一。这是一个槛,如果不跨过这槛,很多概念就不清楚。我们常常说计算机程序分成 code 和 data 两部分。很多人会理解成,code 是会运行的,是动态的,data 是给 code 使用,是静态的,这是两种完全不同的东西。


其实 code 只是对行为的一种描述,比如有个机器人可以开灯,关灯,扫地。如果跟机器人约定好,0 表示开灯,1 表示关灯,2 表示扫地。我发出指令串,0 1 2,就可以控制机器人开灯,关灯,扫地。再约定用二进制表示,两位一个指令,就有一个数字串,000111,这个时候 000111 这串数字就描述了机器人的一系列动作,这个就是从一方面理解是 code,它可以控制机器人的行为。但另一方面,它可以传递,可以记录,可以修改,也就是数据。只要大家都协商好,code 就可以编码成 data, 将 data 解释运行的时候,也变成了 code。


code 和 data 可以不用区分,统一称为信息。既然 int max(int a, int b) 中 int,double 等表示普通 data 的东西可以传递进去,自然表示 code 的函数也可以传进去了。有些语言确实是不区分的,它的 function(表示code)跟 int, double 的地位是一样的。这种语言就为函数是第一类值。


而有些语言是不能存储函数,不能动态创建函数,不能动态销毁函数。只能存储一个指向函数的指针,这种语言称为函数是第二类值。


另外有些语言不单可以传递函数,函数里面又用到一些外部信息(包括code, data)。那些语言可以将函数跟函数所用到的信息一起传递存储。这种将函数和它所用的信息作为一个整体,就为闭包。


过了这个槛,将代码和数据统一起来,很多难以理解的概念就会清晰很多。


现在我们再回头看看回调函数。回调函数也就是是 A 让 B 做事,B 做着做着,信息不够,不知道怎么做了,就再让外面处理。


比如上述排序例子,A 让 B 排序,B 会做排序,但排序需要知道哪个比哪个大,这点 B 自己不知道,就需要 A 告诉它。而这种判断大小本身是一种动作,既然 C 语言中不可以传进第一值的函数,就设计成传递第二值的函数指针,这个函数指针就是 A 传向 B 的信息,用来表示一个行为。这里本来 A 调用 B 的,结果 B 又调用了 A 告诉它的信息,也就叫 callback。


再比如 A 让 B 监听系统的某个消息,比如敲了哪个键。跟着 B 监听到了,但它不知道怎么去处理这个消息,就给外面关心这个消息,又知道怎么去处理这个消息的人去处理,这个处理过程本身是个行为,既然这个语言不可以传递函数,又只能传一个函数指针了。假如我将函数指针存储下来,以后就可以随时调用。代码和数据都是信息,数据可以存储下来,用来表示行为的函数自然也可以存储下来。


跟着有些人有会引申成,什么注册啊,通知啊等等等。假如 B 做监听,C, D, E, F, G, H 告诉 B 自己有兴趣知道这消息,那 B 监听到了就去告诉 C,D,E,F,G等人了,这样通知多人了,就叫广播。


理解后进行思考,根本不用关心术语。术语只是为了沟通,别人要告诉你,或者你去告诉人,使用的一套约定的词语。同一个东西往往有不同术语。


再将回调的概念泛化,比如某人同时关心 A, B, C, D, E, F 事件,并且这些事件是一组的,比如敲键盘,鼠标移动,鼠标点击等一组。将一组事件结合起来。在有些语言就映射成接口,接口有 N 个函数。有些语言就映射成一个结构,里面放着 N 个函数指针。跟着就不是将单个函数指针传进去,而是将接口,或者函数指针的结构传进去。根据不同的用途,有些人叫它为代理,监听者,观察者等等。


实际上也是将某种行为存储下来,以后有需要再进行调用。跟回调函数在更深层次是没有区别的。


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