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发表于 2017-5-16 16:17:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
汉枫LPB120模块
0. 引言
使用过SDK的朋友应该知道“回调函数”(callback function)这个概念,但本文并不是介绍如何使用回调函数,而是站在SDK开发者的角度,讲述如何实现回调机制。
1. 何为回调(callback)
所谓回调,就是客户程序C调用服务程序S中的某个函数A,然后S又在某个时候反过来调用C中的某个函数B,对于C来说,这个B便叫做回调函数。例如Win32下的窗口过程函数就是一个典型的回调函数。
一般说来,C不会自己调用B,C提供B的目的就是让S来调用它,而且是C不得不提供。由于S并不知道C提供的B叫甚名谁,所以S会约定B的接口规范(函数原型),然后由C提前通过S的一个函数R告诉S自己将要使用B函数,这个过程称为回调函数的注册,R称为注册函数。
下面举个通俗的例子:
某天,我打电话向你请教问题,当然是个难题,,你一时想不出解决方法,我又不能拿着电话在那里傻等,于是我们约定:等你想出办法后打手机通知我,这样,我就挂掉电话办其它事情去了。过了XX分钟,我的手机响了,你兴高采烈的说问题已经搞定,应该如此这般处理。故事到此结束。
这个例子说明了“异步+回调”的编程模式。其中,你后来打手机告诉我结果便是一个“回调”过程;我的手机号码必须在以前告诉你,这便是注册回调函数;我的手机号码应该有效并且手机能够接收到你的呼叫,这是回调函数必须符合接口规范。
2. 什么情况下使用回调
如果你是SDK的使用者,一旦别人制定了回调机制,那么你被迫得使用回调函数,因此这个问题只对SDK设计者有意义。
从引入的目的看,回调大致分为三种:
1) SDK有消息需要通知应用程序,比如定时器被触发;
2) SDK的执行需要应用程序的参与,比如SDK需要你提供一种排序算法;
3) SDK的操作比较费时,但又不能让应用程序阻塞在那里,于是采用异步方式,让调用函数及时返回,SDK另起线程在后台执行操作,待操作完成后再将结果通知应用程序。
经上面这样一总结,你也许会恍然大悟:原来“回调机制”无处不在啊!
是的,不光是Win32 API编程中你会用到,也不光是其它SDK编程中会用到,平时我们自己编写程序时也可能用到回调机制,这时,我们既是回调的设计者又是回调的使用者。
3. 传统SDK回调函数设计模式
Win32 SDK是这方面的典型例子,这类SDK的函数接口都是基于C语言的,SDK或者提供专门的注册函数,用于注册回调函数的地址,或者是在调用某个方法时才传入回调函数的地址,回调函数的原型也由于注册函数中的函数指针定义而受到约束。
以Win32中的多媒体定时器函数为例,其原型为:
MMRESULT timeSetEvent(
  UINT uDelay,  // 定时器时间间隔,以毫秒为单位              
  UINT uResolution,           
  LPTIMECALLBACK lpTimeProc,  // 回调函数地址
  DWORD dwUser,  // 用户设定的数据            
  UINT fuEvent               
);
其中第三个参数便是用于注册回调函数的,第四个参数用于设定用户自定义数据,其作用将在后文说明,LPTIMECALLBACK的定义为:
typedef void (CALLBACK TIMECALLBACK)(UINT uTimerID, UINT uMsg, DWORD dwUser, DWORD dw1, DWORD dw2);
typedef TIMECALLBACK FAR *LPTIMECALLBACK;
因此,用户定义的回调函数必须具有上面指定的函数原型,下面是回调函数的具体使用方法:
#include "stdio.h"
#include "windows.h"
#include "mmsystem.h" // 多媒体定时器需要包含此文件
#pragma comment(lib, "winmm.lib") // 多媒体定时器需要导入此库
void CALLBACK timer_proc(UINT uTimerID, UINT uMsg, DWORD dwUser, DWORD dw1, DWORD dw2) // 定义回调函数
{
printf("time out.\n");
}
int main()
{
UINT nId = timeSetEvent( 1000, 0, timer_proc, 0, TIME_CALLBACK_FUNCTION|TIME_PERIODIC); // 注册回调函数
getchar();
timeKillEvent( nId );
return 0;
}
运行程序,我们会看到,屏幕上每隔一秒将会打印出“time out.”信息。同时我们也应该注意到,这里的timeSetEvent是异步执行的,timeSetEvent很快执行完毕,主线程继续执行,操作系统在后台负责检查timer是否超时。
前面已经说过,本文的是站在SDK设计者的角度来看待问题,这里,我们就把前面那个通俗的例子变成程序,如下:
/// sdk.h (SDK头文件)
#ifndef __SDK_H__
#define __SDK_H__
typedef void (*HELP_CALLBACK)(const char*); // 回调函数指针
void help_me( const char* question, HELP_CALLBACK callback ); // 接口**
#endif//__SDK_H__
/// sdk.cpp (SDK源文件,为方便,没有使用.c文件)
#include "sdk.h"
#include "stdio.h"
#include "windows.h"
HELP_CALLBACK g_callback;
void do_it() // 处理函数
{
printf("thinking...\n");
Sleep( 3000 );
printf("think out.\n");
printf("call him.\n");
g_callback( "2." );
}
void help_me( const char* question, HELP_CALLBACK callback ) // 接口实现
{
g_callback = callback; // 保存回调函数指针
printf("help_me: %s\n", question);
do_it(); // 如果采用异步方式的话,这里一般采用创建线程的方式
}
/// app.cpp (应用程序源文件)
#include "sdk.h"
#include "stdio.h"
void got_answer( const char* msg ) // 定义回调函数
{
printf("got_answer: %s\n", msg);
}
int main()
{
help_me( "1+1=?", got_answer ); // 使用SDK,注册回调函数
return 0;
}

4. C++中回调函数的设计
C++的类中也可以使用类似上面的设计方式。
如果SDK采用C语言接口,应用程序使用C++编程方式,那么类成员函数由于具有隐含的this指针而不能赋值给普通函数指针,解决方法很简单,就是为其加上static关键字。
以上面的程序为例,这里我们只看应用程序的代码:
/// app.cpp ( C++风格 )
#include "sdk.h"
#include "stdio.h"
class App
{
public:
void ask( const char* question )
{
  help_me( question, got_answer );
}
static void got_answer( const char* msg )
{
  printf("got_answer: %s\n", msg);
}
};
int main()
{
App app;
app.ask( "1+1=?");
return 0;
}
上面这种方式有个明显的缺点:由于got_answer是静态成员函数,所以它不能访问类的非静态成员变量,这可不是一件好事情。为了解决此问题,作为回调函数的设计者,你有必要为其增添一个参数,用于传递用户所需的值,如下:
/// sdk.h (SDK头文件)
#ifndef __SDK_H__
#define __SDK_H__
typedef void (*HELP_CALLBACK)(const char*, unsigned long); // 回调函数指针
void help_me( const char* question, HELP_CALLBACK callback, unsigned long user_value ); // 接口**
#endif//__SDK_H__
/// sdk.cpp (SDK源文件,为方便,没有使用.c文件)
#include "sdk.h"
#include "stdio.h"
#include "windows.h"
HELP_CALLBACK g_callback;
unsigned long g_user_value;
void do_it()
{
printf("thinking...\n");
Sleep( 3000 );
printf("think out.\n");
printf("call him.\n");
g_callback( "2.", g_user_value ); // 将用户设定的数据传入
}
void help_me( const char* question, HELP_CALLBACK callback, unsigned long user_value )
{
g_callback = callback;
g_user_value = user_value; // 保存用户设定的数据
printf("help_me: %s\n", question);
do_it();
}
/// app.cpp (应用程序源文件)
#include "sdk.h"
#include "stdio.h"
#include "assert.h"
class App
{
public:
App( const char* name ) : m_name(name)
{
}
void ask( const char* question )
{
  help_me( question, got_answer, (unsigned long)this ); // 将this指针传入
}
static void got_answer( const char* msg, unsigned long user_value )
{
  App* pthis = (App*)user_value; // 转换成this指针,以访问非静态数据成员
  assert( pthis );
  printf("%s got_answer: %s\n", pthis->m_name, msg);
}
protected:
const char* m_name;
};
int main()
{
App app("ABC");
app.ask( "1+1=?");
return 0;
}
这里的user_value被设计成unsigned long,它既可以传递整型数据,也可以传递一个地址值(因为它们在32位机器上宽度都为32),有了地址,那么像结构体变量、类对象等都可以访问了。

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