回调函数的介绍及使用场景

回调函数

文章目录

  • 回调函数
    • 说在前
    • 回调函数
    • 登记回调函数
    • 回调函数的优势
    • 易被忽略的第三方
    • 阻塞式回调与延迟式回调
    • 附:为什么要用回调函数呢?

说在前

编程分为两类:系统编程(system programming)和应用编程(application programming)。

  • 系统编程:简单说就是编写库
  • 应用编程:简单说就是利用写好的各种库来编写具某种功能的程序,也就是编写应用。

系统编程的人会留下自己写的库留下一些接口,即API(Application Programming Interface,应用编程接口),以提供给应用编程的人用。所以在抽象层的图示里,库位于底层。

回调函数

当程序跑起来的时候,一般情况下,应用程序(application program)会时常通过API去调用库里所预先备好的函数。

但是有的库函数(Library Function)却要求先传给它一个函数,好在适合的时候调用,以完成目标。

这个被传入、又被传出的函数就是回调函数(Callback Function)。

回调函数和普通函数的区别:

  1. 在主入口程序中,把回调函数像参数一样传入库函数。这样一来,只要我们改变传进库函数的参数,就可以实现不同的功能,且不需要修改库函数的实现,变的很灵活,这就是解耦

  2. **主函数和回调函数是在同一层的,而库函数在另外一层。**如果库函数对我们不可见,我们修改不了库函数的实现,也就是说不能通过修改库函数让库函数调用普通函数那样实现,那我们就只能通过传入不同的回调函数了,这也就是在日常工作中常见的情况。

    回调函数其实就是函数指针的一种用法:A “callback” is any function that is called by another function which takes the first function as a parameter。

    注:使用回调函数会有间接调用,因此,会有一些额外的传参与访存开销,对于MCU代码中对时间要求较高的代码要慎用。

登记回调函数

登记回调函数指的是把回调函数传入库函数的动作。

举个例子:

旅馆提供叫醒服务,但如何叫醒旅客由旅客自己决定。叫醒方式可以是电话叫醒、也可以派人敲门,甚至怕醒不了还可以浇一盆水。

  • 这里的“叫醒”是旅馆提供的,类似于库函数;
  • 但是“叫醒的方式”这个动作是由旅客自己定的,也就是把回调函数传入库函数的动作。

流程如下:

Application Program:
(Mian program) 
	--[calls]--> (Library function) 
		--[calls]--> (Callbakc function)

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。

回调函数的优势

从例子中可以看出,回调机制提供了非常大的灵活性。

我们不如把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:

enent.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_demo.py得到输出:

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

上面论述了中间函数和回调函数是实现回调的两个必要部分,不过还没提到第三位在回调里的重要角色,也就是中间函数的调用者,起始函数。

绝大多数情况下,这个中间函数的调用者(起始函数)和程序的主函数等同起来,为了区分,这里暂且称它为“起始函数”(上面的代码举例有提)。值得注意是回调并不是简单的“你我”双方的互动,而是ABC的三方联动,不然容易出现混淆。

不要被“回调”两字误导,误以为起始函数和回调函数是一体的,是主函数里面调用了初始函数,初始函数里面又调用了回调函数。此外,给中间函数传入什么样的回调函数实在起始函数里决定的。

阻塞式回调与延迟式回调

  • 阻塞式回调:回调函数的调用一定发生在初始函数返回结果之前。
  • 延迟式回调:回调函数的调用可能发生在初始函数返回结果之后。

延迟式回调,最典型的例子是createThread(threadFuntion)这里threadFuntion是callback函数,createThread是中间函数。如果起始函数想等待线程完毕,就是用join函数。

附:为什么要用回调函数呢?

我们对回调函数的使用无非是对函数指针的应用,函数指针的概念本身很简单,但是把函数指针应用于回调函数就体现了一种解决问题的策略,一种设计系统的思想。
在解释这种思想前我想先说明一下,回调函数固然能解决一部分系统架构问题但是绝不能再系统内到处都是,如果你发现你的系统内到处都是回调函数,那么你一定要重构你的系统。回调函数本身是一种破坏系统结构的设计思路,回调函数会绝对的变化系统的运行轨迹,执行顺序,调用顺序。回调函数的出现会让读到你的代码的人非常的懵头转向。

那么什么是回调函数呢,那是不得以而为之的设计策略,想象一种系统实现:在一个下载系统中有一个文件下载模块和一个下载文件当前进度显示模块,系统要求实时的显示文件的下载进度,想想很简单在面向对象的世界里无非是实现两个类而已。但是问题恰恰出在这里,显示模块如何驱动下载进度条?显示模块不知道也不应该知道下载模块所知道的文件下载进度(面向对象设计的封装性,模块间要解耦,模块内要内聚),文件下载进度是只有下载模块才知道的事情,解决方案很简单给下载模块传递一个函数指针作为回调函数驱动显示模块的显示进度。

在面向对象的世界中这样的例子还真不少,造成这样的问题的根源,相信大家已经从上面的叙述中体会到了,就是面向对象的程序设计思想,就是设计模式中要求的模块独立性,高内聚低耦合等特性。

封装变化的编程策略给编程人员第一位的指导思想就是面向接口编程米,即设计模式中提到的面向虚拟编程而不是面向实现。这样的编程思想极大地革新了编程世界,可以说没有这一原则就没有面向对象的程序设计,这一原则给程序设计一种指导思想即如何更高的将现实模型映射成程序模型。这样的设计思想在极大地催生高度独立性模块的同时削弱了模块间的协作性,也就是耦合性,它使得模块间更多的从事着单向的调用工作,一个模块需要某种服务就去找另一个模块,这使得程序呈现出层次性,高层通过接口调用底层,底层提供服务。但是现实世界中严格遵循现层次特性的系统是很少见的,绝对的MVC是不存在的,因为更多的模块要求通并协作,可见没有耦合就没有协作没有好的调用关系,耦合真的不是错。

既然我们需要模块间的协作,同时我们又厌恶的摒弃模块间你中有我我中有你的暧昧关系那如何生成系统呢,答案是函数指针(不一定一定是函数指针)也就是使用回调的方式。如果一个对象关心另一个对象的状态变化那么给状态的变化注册回调函数让它通知你这类状态的改变,这样在封装了模块变化的同时实现了模块间的协作关系另辟独径的给对象解耦。
协作,同时我们又厌恶的摒弃模块间你中有我我中有你的暧昧关系那如何生成系统呢,答案是函数指针(不一定一定是函数指针)也就是使用回调的方式。如果一个对象关心另一个对象的状态变化那么给状态的变化注册回调函数让它通知你这类状态的改变,这样在封装了模块变化的同时实现了模块间的协作关系另辟独径的给对象解耦。

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