【转】回调的原理、应用

什么是回调

　　什么回调？维基百科是这样解释的：回调是一段可执行的代码通过参数传递给别一段代码，以期望在一个合适的时间调用这个参数(可执行的代码)。　

　　参考：In computer programming, a callback is a piece of executable code that is passed as an argument to other code, which is expected to call back(execute) the argument at some convenient time.

从一个需求开始

　　假设有这么一个需求：

　　有一个Person类定义如下：

struct Person
{
    int age;
    float weight;
    float height;
};

　　现要对Person的一组对象进行排序，但并没有确定根据什么规则来排序，有时需要根据年龄进行排序，有时需要根据身高进行排序，有时可能是根据身高和体重的综合情况来排序，还有可能……　

　　你可能会想到这样写，定义三个函数分别根据年龄、体重、身高进行排序：

void SortByAge(Person* persons, int count);
void SortByWeight(Person* persons, int count);
void SortByHeight(Person* persons, int count);

　　如果要根据身高和体重的综合情况来排序，那你还得再定义一个函数。这样是不是代码冗余且很繁琐？但如果你会用回调，这个问题就会很简单。　

用回调实现对Person的排序：

typedef int (*Compare)(const Person&, const Person&);  
   
//交换两个元素  
void swap(Person* p1, Person *p2)  
{  
    Person p = *p1;  
    *p1 = *p2;  
    *p2 = p;  
}  
//排序(本例中采用冒泡排序)  
void PersonSort(Person* persons, int count, Compare pCompare)  
{  
    for (int i = 0; i < count-1; i ++)  
    {  
        for (int j = 0; j < count - i -1; j++)  
        {  
            if (pCompare(persons[j], persons[j+1]) > 0)  
            {  
                swap(persons+j, persons+j+1);  
            }  
        }  
    }  
}  

　　如果你要根据年龄来进行排序，只要实现一个Compare类型的函数，再调用上面的PersonSort函数就可以实现根据年龄排序的功能。如：

//根据年龄排序
int CompareByAge(const Person& p1, const Person& p2)  
{  
    return p1.age - p2.age;  
}  
   
void TestCallBack()  
{  
    //创建Person的一组对象persons，对象中的年龄、体重值为0到100的随机数，身高为150-190之间的随机数  
    srand((unsigned)time(NULL));   
    Person persons[10];  
    for(int i = 0; i < 10; i ++)  
    {  
        persons[i].age = rand()%100;  
        persons[i].weight = rand()%100;  
        persons[i].height = rand()%40 +150;  
    }  
    //【todo】  
    //根据年龄进行排序。  
    PersonSort(persons, 10, CompareByAge);  
      
    for(int i = 0; i < 10; i ++)  
    {  
        std::cout << persons[i].age << "	" <<    persons[i].weight << "	" << persons[i].height << std::endl;  
    }  
}  

　　这样如果需求发生变更(如要根据每个Person身高和体重的总和来排序)，只需要再定义一个Compare类型的函数，而不用再对PersonSort函数做任何改动。如下：

//只需要再定义一个Compare类型的函数实现按身高体重来排序，其余部分无需改动
int CompareByHeightWeight(const Person& p1, const Person& p2)  
{  
    return (p1.height + p1.weight) - (p2.height + p2.weight);  
}  
   
void TestCallBack()  
{  
    //创建Person的一组对象persons，对象中的年龄和体重为0到100的随机数，身高为150-190之间的随机数  
    srand((unsigned)time(NULL));   
    Person persons[10];  
    for(int i = 0; i < 10; i ++)  
    {  
        persons[i].age = rand()%100;  
        persons[i].weight = rand()%100;  
        persons[i].height = rand()%40 +150;  
    }  
    //【todo】  
    //根据年龄进行排序。  
    PersonSort(persons, 10, CompareByHeightWeight);  
      
    for(int i = 0; i < 10; i ++)  
    {  
        std::cout << persons[i].age << "	" <<    persons[i].weight << "	" << persons[i].height << "	" << persons[i].weight + persons[i].height << std::endl;  
    }  
}  

补充于2017-08-07 20:59:55：

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什么是回调函数？

作者：no.body
链接：https://www.zhihu.com/question/19801131/answer/27459821
来源：知乎
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　　我们绕点远路来回答这个问题。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，就是编写库；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，底层再回过头来调用高层的过程。（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_demo.py，输出如下：

3

5

9

　　上面的代码里，给getOddNumber传入不同的回掉函数，它的表现也不同，这就是回调机制的优势所在。

易被忽略的第三方

　　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。

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上面是引用知乎一个关于“回调函数是什么”的答案。

结合他的解释，我对在开头写的关于按身高、年龄等属性排序的程序做类似的说明：

1、假设我调用系统的一个Api实现排序功能（如Api以冒泡算法来实现），但根据何种属性（如身高、年龄、体重等）来排序，由用户决定。为什么呢？我的理解是：首先系统不可能帮你把所有可能的排序方式统统组装好，众口难调，总会有特定的需求；其次Api既然译为接口，那就是要保证对外的一致性，无论你以哪种属性来排序，调用的Api应该都是不变的；再者，这样的方式可以降低代码之间的关联性，即实现解耦。

2、回调是ABC三方的联动。

A：回调函数：以身高排序函数CompareByHeight、以年龄排序函数CompareByAge等。

B：中间函数：以回调函数作为参数的那个函数:void PersonSort(Person* persons, int count, Compare pCompare)

C：起始函数：决定给中间函数传入什么样的回调函数的那一方（即中间函数的调用者），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，如在我的程序中，中间函数的调用者就是主函数。

　　我设想在操作系统中有这样一个消息监听和消息处理的应用场景：中间函数用于完成消息接收的封装，然后中间函数的调用者，即起始函数，用于判断消息的类型，然后根据不同的消息类型，决定给中间函数传入什么样的回调函数，而回调函数的作用就是处理消息，有多种消息类型，就对应多种回调函数。但请记住，中间函数只有一个，即系统的Api。