干貨 | 函數(shù)指針與軟件設(shè)計(jì)

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作者：Li XianJing

記得剛開始工作時(shí)，一位高手告訴我，說(shuō)，longjmp和setjmp玩得不熟，就不要自稱為C語(yǔ)言高手。當(dāng)時(shí)我半信半疑，為了讓自己向高手方向邁進(jìn)，還是花了一點(diǎn)時(shí)間去學(xué)習(xí)longjmp和setjmp的用法。

后來(lái)明白那不單是跳來(lái)跳去那樣簡(jiǎn)單，而是一種高級(jí)的異常處理機(jī)制，在某些情況下確實(shí)很有用。

為了顯示自己的技巧，也在自己的程序中用過(guò)幾次。漸漸發(fā)現(xiàn)這樣的技巧帶來(lái)的好處是有代價(jià)的，破壞了程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，程序變得很難讀，尤其對(duì)新手來(lái)說(shuō)。

終于明白這種技巧不過(guò)是一種調(diào)味料，在少數(shù)情況使用幾次，可以簡(jiǎn)化對(duì)問(wèn)題的處理。如果把調(diào)味拿來(lái)當(dāng)飯吃，一定會(huì)本末倒置，寫出的程序會(huì)呈現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不良之狀。

事實(shí)上，longjmp和setjmp玩得熟不熟與是不是C語(yǔ)言高手，不是因果關(guān)系。但是，如果可以套用那位高手的話，我倒想說(shuō)如果函數(shù)指針玩得不熟，就不要自稱為C語(yǔ)言高手。為什么這么說(shuō)呢，函數(shù)指針有那么復(fù)雜嗎？

當(dāng)然不是，任何一個(gè)稍有編程常識(shí)的人，不管他懂不懂C語(yǔ)言，在10分鐘內(nèi)，我想他一定可以明白C語(yǔ)言中的函數(shù)指針是怎么回事。

原因在于，難的不是函數(shù)指針的概念和語(yǔ)法本身，而是在什么時(shí)候，什么地方該使用它。函數(shù)指針不僅是語(yǔ)法上的問(wèn)題，更重要的是它是一個(gè)設(shè)計(jì)范疇。

真正的高手當(dāng)然不單應(yīng)該懂得語(yǔ)法層面上的技巧，更應(yīng)該懂得設(shè)計(jì)上的方法。不懂設(shè)計(jì)，能算高手嗎？懷疑我在夸大其辭嗎？那我們先看看函數(shù)指針與哪些設(shè)計(jì)方法有關(guān)：與分層設(shè)計(jì)有關(guān)。分層設(shè)計(jì)早就不是什么新的概念，分層的好處是眾所周知的，比較明顯好處就是簡(jiǎn)化復(fù)雜度、隔離變化。

采用分層設(shè)計(jì)，每層都只需關(guān)心自己的東西，這減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度，層與層之間的交互僅限于一個(gè)很窄的接口，只要接口不變，某一層的變化不會(huì)影響其它層，這隔離了變化。

分層的一般原則是，上層可以直接調(diào)用下層的函數(shù)，下層則不能直接調(diào)用上層的函數(shù)。這句話說(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單，在現(xiàn)實(shí)中，下層常常要反過(guò)來(lái)調(diào)用上層的函數(shù)。

比如你在拷貝文件時(shí)，在界面層調(diào)用一個(gè)拷貝文件函數(shù)。界面層是上層，拷貝文件函數(shù)是下層，上層調(diào)用下層，理所當(dāng)然。但是如果你想在拷貝文件時(shí)還要更新進(jìn)度條，問(wèn)題就來(lái)了。

一方面，只有拷貝文件函數(shù)才知道拷貝的進(jìn)度，但它不能去更新界面的進(jìn)度條。另外一方面，界面知道如何去更新進(jìn)度條，但它又不知道拷貝的進(jìn)度。怎么辦？

常見的做法，就是界面設(shè)置一個(gè)回調(diào)函數(shù)給拷貝文件函數(shù)，拷貝文件函數(shù)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用這個(gè)回調(diào)函數(shù)來(lái)通知界面更新狀態(tài)。

與抽象有關(guān)。抽象是面向?qū)ο笾凶钪匾母拍钪?，也是面向?qū)ο笸?qiáng)大之處。面向?qū)ο笾皇且环N思想，大家都知道，用C語(yǔ)言一樣可以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮木幊獭?/span>

這可不是為了趕時(shí)髦，而是一種實(shí)用的方法。如果你對(duì)此表示懷疑，可以去看看GTK+、linux kernel等開源代碼。

接口是最高級(jí)的抽象。在linux kernel里面，接口的概念無(wú)處不在，像虛擬文件系統(tǒng)(VFS)，它定義一個(gè)文件系統(tǒng)的接口，只要按照這種接口的規(guī)范，你可以自己開發(fā)一個(gè)文件系統(tǒng)掛上去。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序更是如此，不同的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有自己一套不同的接口規(guī)范。在自己開發(fā)設(shè)備開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，只要遵循相應(yīng)的接口規(guī)范就行了。接口在C語(yǔ)言中如何表示？很簡(jiǎn)單，就是一組函數(shù)指針。

與接口與實(shí)現(xiàn)分開有關(guān)。針對(duì)接口編程，而不是針對(duì)實(shí)現(xiàn)編程，此為《設(shè)計(jì)模式》的第一條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。分開接口與實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是要隔離變化。軟件是變化的，如果不能把變化的東西隔離開來(lái)，導(dǎo)致牽一發(fā)而動(dòng)全身，代價(jià)是巨大的。這是大家所不愿看到的。

C語(yǔ)言既然可以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮木幊?，自然可以利用設(shè)計(jì)模式來(lái)分離接口與實(shí)現(xiàn)。像橋接模式、策略模式、狀態(tài)模式、代理模式等等，在C語(yǔ)言中，無(wú)一不需要利用函數(shù)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)。

與松耦合原則有關(guān)。面向過(guò)程與面向?qū)ο笙啾?，之所以顯得蒼白無(wú)力，原因之一就是它不像面向?qū)ο笠粯樱梢灾庇^的把現(xiàn)實(shí)模型映射到計(jì)算機(jī)中。

面向過(guò)程講的是層層控制，而面向?qū)ο蟾鼜?qiáng)調(diào)的對(duì)象間的分工合作。現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象處于層次關(guān)系的較少，處于對(duì)等關(guān)系的居多。也就是說(shuō)，對(duì)象間的交互往往是雙向的。這會(huì)加強(qiáng)對(duì)象間的耦合性。

耦合本身沒(méi)有錯(cuò)，實(shí)際上耦合是必不可少的，沒(méi)有耦合就沒(méi)有協(xié)作，對(duì)象之間無(wú)法形成一個(gè)整體，什么事也做不了。關(guān)鍵在于耦合要恰當(dāng)，在實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的前提下，耦合要盡可能的松散。這樣，系統(tǒng)的一部分變化對(duì)其它部分的影響會(huì)很少。

函數(shù)指針是解耦對(duì)象關(guān)系的最佳利器。Signal(如boost的signal和glib中的signal)機(jī)制是一個(gè)典型的例子，一個(gè)對(duì)象自身的狀態(tài)可能是在變化的（或者會(huì)觸發(fā)一些事件），而其它對(duì)象關(guān)心它的變化。一旦該對(duì)象有變化發(fā)生，其它對(duì)象要執(zhí)行相應(yīng)的操作。

如果該對(duì)象直接去調(diào)用其它對(duì)象的函數(shù)，功能是完成了，但對(duì)象之間的耦合太緊了。如何把這種耦合降到最低呢，signal機(jī)制是很好的辦法。

它的原理大致如下：其它關(guān)注該對(duì)象變化的對(duì)象主動(dòng)注冊(cè)一個(gè)回調(diào)函數(shù)到該對(duì)象中。一旦該對(duì)象有變化發(fā)生，就調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)通知其它對(duì)象。功能同樣實(shí)現(xiàn)了，但它們之間的耦合度降低了。

在C語(yǔ)言中，要解決以上這些問(wèn)題，不采用函數(shù)指針，將是非常困難的。在編程中，如果你從沒(méi)有想到用函數(shù)指針，很難想像你是一個(gè)C語(yǔ)言高手。