深入淺出剖析C語言函數(shù)指針與回調(diào)函數(shù)

微信公眾號：楊源鑫
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一、C語言回調(diào)函數(shù)

什么是回調(diào)函數(shù)？
百度的權(quán)威解釋如下：

    回調(diào)函數(shù)就是一個通過函數(shù)指針調(diào)用的函數(shù)。如果你把函數(shù)的指針（地址）作為參數(shù)傳遞給另一個函數(shù)，當這個指針被用來調(diào)用其所指向的函數(shù)時，我們就說這是回調(diào)函數(shù)?；卣{(diào)函數(shù)不是由該函數(shù)的實現(xiàn)方直接調(diào)用，而是在特定的事件或條件發(fā)生時由另外的一方調(diào)用的，用于對該事件或條件進行響應(yīng)。

 1#include 
 2void print();
 3int main(void)
 4{
 5    void (*fuc)(); 
 6    fuc = print ; 
 7    fuc();  
 8} 
 9void print()
10{
11    printf("hello world!\n");
12}

運行結(jié)果:

    從這個例子可以看到，我們首先定義了一個函數(shù)指針fuc ,這個函數(shù)指針的返回值為void型,然后我們給函數(shù)指針賦值，賦值為print,也就是print函數(shù)的首地址，此時fuc獲得了print的地址，fuc的地址等于print的地址，所以最終調(diào)用fuc();也就相當于調(diào)用了print();那么我寫的這個例子明顯和百度解釋的不符合啊？定義是如果你把函數(shù)的指針（地址）作為參數(shù)傳遞給另一個函數(shù)，當這個指針被用來調(diào)用其所指向的函數(shù)時，我們就說這是回調(diào)函數(shù)，確實，有所不同，但道理是一樣的，我們接下來再來看一個例子。

 1#include 
 2
 3int add_ret() ;
 4
 5int add(int a , int b , int (*add_value)())
 6{
 7    return (*add_value)(a,b);
 8}
 9
10int main(void)
11{
12    int sum = add(3,4,add_ret);
13    printf("sum:%d\n",sum);
14    return 0 ;
15} 
16
17int add_ret(int a , int b)
18{
19    return a+b ;
20}

運行結(jié)果:

從這個例子里，我們看到:
    這樣子不就符合我們的定義了嘛？我們把函數(shù)的指針(地址),這里也就是add_ret,作為參數(shù)int add(int a , int b , int (add_value)()) ， 這里的參數(shù)就是int(add_value)() , 這個名字可以隨便取，但是要符合C語言的命名規(guī)范。當這個指針被用來調(diào)用其所指向的函數(shù)時，我們就說這是回調(diào)函數(shù)。       我們看到add函數(shù)內(nèi)部，return (add_value)(a,b) ; 這個(add_value)(a,b)相當于對指針進行了簡引用，我們在main函數(shù)中，傳入具體要實現(xiàn)功能的函數(shù)，add_ret,這個函數(shù)很簡單，就是實現(xiàn)兩數(shù)相加并返回,這里剛剛好，簡引用，相當于取出指針返回地址里的值，這個值就是return a+b，也就是我們傳入a和b兩數(shù)相加的結(jié)果。

    那么，回調(diào)函數(shù)究竟有什么作用呢？

   說到這里，就有了用戶和開發(fā)者之間的概念，假設(shè)，用戶是實現(xiàn)add_ret這個函數(shù)，而開發(fā)者是實現(xiàn)add這個函數(shù)，現(xiàn)在的需求是，用戶將add_ret這個函數(shù)以參數(shù)的形式傳入開發(fā)者實現(xiàn)的add函數(shù)，add函數(shù)就會返回一個數(shù)字給用戶，開發(fā)者沒必要告訴用戶他實現(xiàn)了什么東西，用戶也并不知道開發(fā)者是怎么實現(xiàn)的，用戶只需要傳入自己寫的函數(shù)，便可以得到開發(fā)者實現(xiàn)的函數(shù)的返回值，開發(fā)者可以將內(nèi)容封裝起來，將頭文件以及庫文件提供給用戶。

    接下來，我們用Linux來演示下這個結(jié)果，我們在目錄下創(chuàng)建三個文件main.c,vendor.c,vendor.h

main.c是用戶開發(fā)的。

vendor.c和vendor.h是開發(fā)者實現(xiàn)的。

在main.c中，代碼如下：

 1#include 
 2#include "vendor.h"
 3
 4int add_ret(int a , int b)
 5{
 6        return a + b ;
 7}
 8
 9int main(void)
10{
11    int sum = add(3,4,add_ret);
12    printf("sum:%d\n",sum);
13    return 0 ;
14}

vendor.c，代碼如下：

1#include "vendor.h"
2int add(int a , int b , int (*add_value)())
3{
4        return (*add_value)(a,b);
5}

vendor.h，代碼如下：

1#ifndef __VENDOR_H
2#define __VENDOR_H
3
4int add(int a , int b , int (*add_value)());
5
6#endif 

接下來，我們制作一個動態(tài)鏈接庫，最終開發(fā)者把vendor.c的內(nèi)容封起來，把vendor.h提供給用戶使用。

 1#include 
 2#include "vendor.h"
 3
 4int add_ret(int a , int b)
 5{
 6        return a + b ;
 7}
 8
 9int main(void)
10{
11    int sum = add(3,4,add_ret);
12    printf("sum:%d\n",sum);
13    return 0 ;
14}

    在linux下制作動態(tài)鏈接庫，將vendor.c和vendor.h打包成一個動態(tài)鏈接庫

先明白以下幾個命令是什么意思：

生成動態(tài)庫:

gcc -shared -fPIC dvendor.c -o libvendor.so

參數(shù)含義：

-shared : 生成動態(tài)庫;

-fPIC  : 生成與位置無關(guān)代碼;

-o               :指定生成的目標文件;

使用動態(tài)庫:

gcc main.c -L . –lvendor -o main

-L : 指定庫的路徑(編譯時); 不指定就使用默認路徑(/usr/lib/lib)

-lvendor : 指定需要動態(tài)鏈接的庫是誰;

代碼運行時需要加載動態(tài)庫:

./main 加載動態(tài)庫 (默認加載路徑:/usr/lib /lib ./ …)

./main

    我們將編譯動態(tài)庫生成的libvendor.so拷貝到/usr/lib后，現(xiàn)在就不需要vendor.c了，此時我們將vendor.c移除，也可以正常的編譯并且執(zhí)行main函數(shù)的結(jié)果，這就是回調(diào)函數(shù)的作用之一。

操作流程如下：

二、回調(diào)函數(shù)在Linux內(nèi)核中的應(yīng)用

    回調(diào)函數(shù)在Linux內(nèi)核里得到了廣泛的應(yīng)用，接下來，我將引用Linux內(nèi)核中文件操作結(jié)構(gòu)體來詳細的說明。
    我們首先來看到這個結(jié)構(gòu)體，這段代碼位于linux內(nèi)核的include/linux/fs.h中，由于代碼眾多，我只截取幾個最基本的例子：
File_operations文件操作結(jié)構(gòu)體:

 1struct file_operations {
 2    struct module *owner;
 3    loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
 4    ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
 5    ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
 6    ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
 7    ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
 8    int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
 9    unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
10    long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
11    long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
12    int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
13    int (*open) (struct inode *, struct file *);
14    int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
15    int (*release) (struct inode *, struct file *);
16    int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
17    int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
18    int (*fasync) (int, struct file *, int);
19    int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
20    ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
21    unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
22    int (*check_flags)(int);
23    int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
24    ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
25    ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
26    int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
27    long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
28              loff_t len);
29};

    這段代碼中，利用結(jié)構(gòu)體的封裝思想，將函數(shù)指針封裝在一個file_operations結(jié)構(gòu)體里，然后，在具體實現(xiàn)驅(qū)動的時候，實現(xiàn)具體的函數(shù)，再賦值給結(jié)構(gòu)體里的函數(shù)指針做好初始化操作,我們來看看友善之臂的led驅(qū)動就明白了。
以下這段代碼截取友善之臂提供的linux內(nèi)核中的tiny4412_led.c

 1static struct file_operations tiny4412_led_dev_fops = {
 2    .owner          = THIS_MODULE,
 3    .unlocked_ioctl = tiny4412_leds_ioctl,
 4};
 5
 6static struct miscdevice tiny4412_led_dev = {
 7    .minor          = MISC_DYNAMIC_MINOR,
 8    .name           = DEVICE_NAME,
 9    .fops           = &tiny4412_led_dev_fops,
10};

    首先，先是定義了一個結(jié)構(gòu)體變量，并對結(jié)構(gòu)體變量進行初始化，在這個驅(qū)動中，只實現(xiàn)了ioctl函數(shù)，對照著上面的結(jié)構(gòu)體，ulocked_ioctl就是結(jié)構(gòu)體中的這個函數(shù)指針。
long (*unlocked_ioctl) (struct file *,unsigned int, unsigned long);
    再來看看友善實現(xiàn)的adc驅(qū)動里，也是這么來做,這里看到 : 也是C語言結(jié)構(gòu)體的一種初始化方式，也是合理的。

 1static struct file_operations adc_dev_fops = {
 2    owner:  THIS_MODULE,
 3    open:   exynos_adc_open,
 4    read:   exynos_adc_read,    
 5    unlocked_ioctl: exynos_adc_ioctl,
 6    release:    exynos_adc_release,
 7};
 8static struct miscdevice misc = {
 9    .minor  = MISC_DYNAMIC_MINOR,
10    .name   = "adc",
11    .fops   = &adc_dev_fops,
12};

    在內(nèi)核中，有很多這樣的函數(shù)指針，所以，當我們了解了這樣的套路以后，再去學(xué)習(xí)linux內(nèi)核，我們的思想就會清晰很多了。
再來看看回調(diào)函數(shù)在linux內(nèi)核里的基本應(yīng)用。
從上節(jié)我們了解到，回調(diào)函數(shù)的本質(zhì)其實也就是函數(shù)指針，只不過定義有所區(qū)別。它的定義就是：你把函數(shù)的指針（地址）作為參數(shù)傳遞給另一個函數(shù)，當這個指針被用來調(diào)用其所指向的函數(shù)時，我們就說這是回調(diào)函數(shù)。
    接下來我們來看一個例子：
    這段代碼摘自友善之臂的button驅(qū)動：

 1static int tiny4412_buttons_open(struct inode *inode, struct file *file)
 2{
 3    int irq;
 4    int i;
 5    int err = 0;
 6
 7    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(buttons); i++) {
 8        if (!buttons[i].gpio)
 9            continue;
10
11        setup_timer(&buttons[i].timer, tiny4412_buttons_timer,
12                (unsigned long)&buttons[i]);
13
14        irq = gpio_to_irq(buttons[i].gpio);
15        err = request_irq(irq, button_interrupt, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, 
16                buttons[i].name, (void *)&buttons[i]);
17        if (err)
18            break;
19    }
20
21    if (err) {
22        i--;
23        for (; i >= 0; i--) {
24            if (!buttons[i].gpio)
25                continue;
26
27            irq = gpio_to_irq(buttons[i].gpio);
28            disable_irq(irq);
29            free_irq(irq, (void *)&buttons[i]);
30
31            del_timer_sync(&buttons[i].timer);
32        }
33
34        return -EBUSY;
35    }
36
37    ev_press = 1;
38    return 0;
39}

我們在tiny4412_buttons_open函數(shù)里看到

1err = request_irq(irq, button_interrupt, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,
2                                 buttons[i].name,(void *)&buttons[i]);

我們來看看request_irq這個函數(shù):

1static inline int __must_check
2request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
3        const char *name, void *dev)
4{
5    return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
6}

    到這里我們就明白了，第二個參數(shù)是一個用typedef重新定義的一個新類型的函數(shù)指針。
    那么也就是說一旦執(zhí)行了tiny4412的open函數(shù),就會通過request_irq去通過回調(diào)函數(shù)去執(zhí)行按鍵中斷，并返回一個中斷句柄。這個回調(diào)函數(shù)，其實就是一個中斷服務(wù)函數(shù)。

1static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dev_id)
2{
3    struct button_desc *bdata = (struct button_desc *)dev_id;
4
5    mod_timer(&bdata->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(40));
6
7    return IRQ_HANDLED;
8}

    回調(diào)函數(shù)在內(nèi)核中就是這么來使用的，當然，還有其它的，比如我們在tiny4412的open函數(shù)里面還看到:

1   setup_timer(&buttons[i].timer,tiny4412_buttons_timer,
2              (unsignedlong)&buttons[i]);

    這個函數(shù)的作用是注冊一個定時器，通過回調(diào)函數(shù)tiny4412_buttons_timer來進行觸發(fā)。
如果你不看它的定義，你可能以為它是一個普通函數(shù)，其實它是一個宏封裝的。

1#define setup_timer(timer, fn, data)                    \
2    do {                                \
3        static struct lock_class_key __key;         \
4        setup_timer_key((timer), #timer, &__key, (fn), (data));\
5    } while (0)

這個宏函數(shù)通過調(diào)用setup_timer_key這個函數(shù)來實現(xiàn)定時器的注冊:

 1static inline void setup_timer_key(struct timer_list * timer,
 2                const char *name,
 3                struct lock_class_key *key,
 4                void (*function)(unsigned long),
 5                unsigned long data)
 6{
 7    timer->function = function;
 8    timer->data = data;
 9    init_timer_key(timer, name, key);
10}

    通過這個例子，我們更加了解到回調(diào)函數(shù)在Linux內(nèi)核中的應(yīng)用，為學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核，分析linux內(nèi)核源代碼打下了基礎(chǔ)。

三、回調(diào)函數(shù)在Posix應(yīng)用API中的使用  
    其實，在Posix應(yīng)用編程里，我們也能用到回調(diào)函數(shù)，我們來看看多線程編程中，經(jīng)常使用的pthread_create函數(shù)：
我們先來看看它的原型：

1int  pthread_create（（pthread_t *thread,  pthread_attr_t  *attr,  void  *（*start_routine）（void *）,  void  *arg）

參數(shù)說明:

(1)    thread:表示線程的標識符

(2)    attr:表示線程的屬性設(shè)置

(3)    start_routine：表示線程函數(shù)的起始地址

(4)    arg:表示傳遞給線程函數(shù)的參數(shù)

函數(shù)的返回值為：

(1)    success:返回0

(2)    fair:返回-1

    看到這個函數(shù)的第三個參數(shù)，這不就是一個函數(shù)指針，同時也是一個回調(diào)函數(shù)嘛！這就是函數(shù)指針和回調(diào)函數(shù)在UNIX環(huán)境多線程編程中的應(yīng)用。

我們在windows的dev C++上寫一個測試程序來看看:

 1#include 
 2#include 
 3
 4
 5void *function(void *args)
 6{
 7    while(1)
 8    {
 9        printf("hello world1!\n");
10        sleep(1);
11    }
12}
13int main(void)
14{
15    pthread_t tid ;
16    tid = pthread_create(&tid , NULL , function , NULL);
17    while(1)
18    {
19        printf("hello world!\n");
20        sleep(1);
21    }
22    return 0 ;
23}

運行結(jié)果：

    我們會看到在main函數(shù)里的打印語句和在線程回調(diào)函數(shù)void *function(void *args)里打印語句在同時打印。
關(guān)于這個函數(shù)的如何使用，網(wǎng)上文章有很多講得非常的詳細，這里僅僅只是寫函數(shù)指針和回調(diào)函數(shù)的應(yīng)用，詳細可以參考這篇文章，了解進程和線程。
http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/8545253

    當然，應(yīng)用里還有其它的API通用運用到了回調(diào)函數(shù)，期待大家在實踐中去發(fā)掘。

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