回调函数与泛型函数

回调函数

如果参数是一个函数指针，调用者可以传递一个函数的地址给实现者，让实现者去调用它，这称为回调函数（Callback Function）。例如qsort(3)和bsearch(3)。

表 24.7. 回调函数示例：void func(void (*f)(void *), void *p);

调用者	实现者
提供一个回调函数，再提供一个准备传给回调函数的参数。 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	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);

以下是一个简单的例子。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。

例 24.7. 回调函数

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

回顾一下前面几节的例子，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。

例 24.8. 泛型算法

/* 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sigaction(2)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(3)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）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（High-order Function）。