C语言中的回调函数（Callback Function）

1 定义和使用场合

回调函数是指 使用者自己定义一个函数，实现这个函数的程序内容，然后把这个函数（入口地址）作为参数传入别人（或系统）的函数中，由别人（或系统）的函数在运行时来调用的函数。函数是你实现的，但由别人（或系统）的函数在运行时通过参数传递的方式调用，这就是所谓的回调函数。简单来说，就是由别人的函数运行期间来回调你实现的函数。

这一设计允许了底层代码调用在高层定义的子程序（如图1-1所示）。C语言中回调函数主要通过函数指针的方式实现。

 

图1-1 回调函数在软件系统的调用结果

 

回调的用途十分广泛:^[1]

例如，假设有一个函数，其功能为读取配置文件并由文件内容设置对应的选项。若这些选项由散列值（hash function）所标记，则让这个函数接受一个回调会使得程序设计更加灵活：函数的调用者可以使用所希望的散列算法，该算法由一个将选项名转变为散列值的回调函数实现；因此，回调允许函数调用者在运行时调整原始函数的行为。

回调的另一种用途在于处理信号量。例如一个POSIX程序可能在收到SIGTERM信号时不愿立即终止；为了保证一切运行良好，该程序可以将清理函数注册为SIGTERM信号对应的回调。

回调亦可以用于控制一个函数是否作为：Xlib允许自定义的谓词(NSPredicate)用于决定程序是否希望处理特定的事件。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

typedef void (*FP)(char* s);    //结构体表示函数指针
void f1(char* s){cout<<s;}
void f2(char* s){cout<<s;}
void f3(char* s){cout<<s;}

int main(int argc,char* argv[])
{
    int funcselector=0;           //定义一个整数用于控制待执行的函数
    void* a[]={f1,f2,f3};   //定义了指针数组，这里a是一个普通指针
    a[0]("Hello World!\n"); //编译错误，指针数组不能用下标的方式来调用函数

    FP f[]={f1,f2,f3};      //定义一个函数指针的数组，这里的f是一个函数指针
    
    /* Handle of funselector */       //此处用于处理funselector，控制待执行的函数
    f[funselector]("Hello World!\n"); //正确，函数指针的数组进行下标操作可以进行函数的间接调用
    
    return 0;
}     

上面一个例子中提现了回调函数的部分作用。这里f1,f2,f3表示三个功能不相同的函数（举例说明：f1实现最大值输出，f2实现平均值输出，f3实现最小值输出）。总结一下回调函数的一些优势：

采用funcselector作为标志量，选择待执行的函数很方便的控制了函数的流程和工序。

f1,f2,f3三个特定函数模块化明显，便于设计者去维护、修改。如图1-1所示，很多系统中software library会完全封装，这样开发者只能通过回调函数去修改函数功能。

分析函数思路更加清晰，在lwip中大量使用回调函数，开发者可以根据回调函数的调用流程分析系统结构。

 

2 结构解析

回调函数主要结构有三部分组成：主函数、调用函数和被调函数（如图1-1所示）。C语言中，被调函数通常以函数指针（指向对应函数的入口地址）的形式出现。 

这里给出一个最简单的回调函数结构，并解析相关数据结构。

//定义回调函数
void PrintfText() 
{
    printf("Hello World!\n");
}

//定义实现回调函数的"调用函数"
void CallPrintfText(void (*callfuct)())
{
    callfuct();
}

//实现函数回调
int main(int argc,char* argv[])
{
    CallPrintfText(PrintfText);
    return 0;
}

调用函数向其函数中传递 void (*callfuct)(void) 这是一个 void callfuct(void) 函数的入口地址，即PC指针可以通过移动到该地址执行void callfuct(void) 函数，可以通过类比数组来理解。

实现函数调用中，函数调用了“调用函数”，再在其中进一步调用被“调用函数”。相比于主函数直接调用“被调函数”，这种方法为使用者，而不是开发者提供了灵活的接口。另外，函数入口可以像变量一样设定同样为开发者提供了灵活性。

 

3 实例分析

 这里分析一个lwip中较为复杂的回调函数使用范例：

void httpd_init(void)
{
    struct tcp_pcb * pcb;
    pcb = tcp_new();
    tcp_bind(pcb,IP_ADDR_ANY,80);
    pcb = tcp_listen(pcb);
    tcp_accept(pcb, http_accept);        
}

void
tcp_accept(struct tcp_pcb * pcb, err_t(* accept)(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb, err_t err))

static err_t http_accept(void *arg, struct tcp_pcb * pcb, err_t err)
{
    /* set the prio of callback function, important */
    tcp_setprio(pcb, TCP_PRIO_MIN);
    tcp_recv(pcb, http_recv);
    return ERR_OK;    
}    

void 
tcp_recv(struct tcp_pcb * pcb, err_t (* recv)(void * arg, struct tcp_pcb * tpcb, struct pbuf * p, err_t err))

static err_t http_recv(void *arg, struct tcp_pcb * pcb, struct pbuf *p, err_t err)
{
    /* html handler by user's definition */
    /* use tcp_write(pcb, message, sizeof message, 0) to send message */
}

这里调用两个回调函数，模块化分离了tcp和http，感兴趣可以看看lwip的RAW部分。

 

4 参考资料

[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E8%B0%83%E5%87%BD%E6%95%B0

[2] http://partow.net/programming/templatecallback/index.html

[3] http://www.partow.net/programming/hashfunctions/index.html

[4] http://blog.csdn.net/callmeback/article/details/4242260

[5] http://www.cnblogs.com/chenyuming507950417/archive/2012/01/02/2310114.html