C和C++中回调的总结

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最近正在改进我的网络库，网络库层和业务层之间的接口如何设计思考了很久，这里总结一下我的思路，欢迎大家探讨。

目录[-]

1 回调函数

2 虚函数

3 函数对象

4 function/bind

5 singal/slot

6 总结

最近正在改进我的网络库，网络库层和业务层之间的接口如何设计思考了很久，这里总结一下我的思路，欢迎大家探讨。

这里先列出本文讨论的集中接口的形式:

函数指针
虚函数
函数对象
function/bind
signal/slot

1 回调函数

#include <stdio.h>

// 声明一个回调函数的例子
typedef void (*Handler)(const char *text);

void SayHandler(const char *text)
{
printf("Hello: %s!\r\n", text);
}

int main(int argc, char **argv)
{
Handler say; // 函数指针

say = SayHandler; // 给函数指针赋值

say("macwe"); // 调用函数

return 0;
}

以上便是c语言中函数回调的通常的方法，就是利用函数指针

接下来看看函数指针的汇编后的样子，以下为上面main函数的部分代码：

main:
pushl   %ebp
movl    %esp, %ebp
andl    $-16, %esp
subl    $32, %esp
movl    $SayHandler, 28(%esp)
movl    $.LC1, (%esp)
movl    28(%esp), %eax
call    *%eax
movl    $0, %eax
leave
ret

通过汇编我们可以看到函数回调本质上就是call,(_当然，这是废话)

2 虚函数

接下来我们看看虚函数如何实现回调

#include <stdio.h>

// 定义一个接口
class IHandler
{
public:
virtual void say(const char *text) = 0;
};

// 实现这个接口
class Impl : class public IHandler
{
public:
void say(const char *text)
{
printf("Hello: %s", text);
}
};

int main(int argc, char **argv)
{
IHandler *handler; // 接口指针

Impl impl; // 实现类

handler = dynamic_cast<IHandler *>(&impl);

handler.say("macwe");

return 0;
}

这应该是过去C++开发中比较流行的一种方法吧，使用虚函数调用的时候从vtbl中找到实际要实行的函数来运行，本质上就是函数指针，多了一次从vtbl中跳转到实际要执行的函数指针的开销。因为使用还算方便，这点开销还是可以接受的。

3 函数对象

#include <iostream>     // std::cout
#include <algorithm>    // std::count_if
#include <vector>       // std::vector

template<typename T>
class Pred
{
private:
T _val;
public:
Pred(T val):_val(val){}
bool operator()(T val){
return val>_val;
}
};

int main (int argc, char **argv)
{
std::vector<int> myvector;
for (int i=1; i<10; i++) myvector.push_back(i);

int mycount = count_if (myvector.begin(), myvector.end(), Pred<int>(5));
std::cout << "myvector contains " << mycount;

return 0;
}

在std中使用挺广泛的，比如上面的count_if函数的最后一个参数。他是一个重载了”()“运算符的类，通过和模板的组合使用还是挺灵活的，在实际的项目中会比虚函数那种方式好维护。也没什么开销.

protobuf中的Closure类就是一个例子，值得学习一下。

4 function/bind

#include <stdio.h>
#include <functional>

using namespace std::placeholders;

class A
{
public:
void say(const char *text)
{
printf("Hello: %s", text);
}
};

int main(int argc, char **argv)
{
std::function<void()> handler;

A a;

handler = std::bind(&A::say, &a, _1);

handler("macwe");

return 0;
}

这种方式算是目前在std支持范围类最优雅的回调的方式了，使用还算简单明了。内部原理还是使用函数对象与模板的结合，没有什么特别的开销，作为服务端开发也是可以接受的（我认为绝大部份的场景都不会对性能有什么影响）。能封装成这么简洁的形式还是能够看到大神们的智慧的。

陈硕大牛的muduo网络库就使用function/bind作为网络库的接口。

5 singal/slot

这里是一个Qt的例子：

#include <QObject>

class Counter : public QObject
{
Q_OBJECT

public:
Counter() { m_value = 0; }

int value() const { return m_value; }

public slots:
void setValue(int value);

signals:
void valueChanged(int newValue);  // 声明一个信号

private:
int m_value;
};

// 这是slot的实现，当m_value值改变的时候就发送valueChanged信号
void Counter::setValue(int value)
{
if (value != m_value) {
m_value = value;
emit valueChanged(value);
}
}

Counter a, b;
// 将singal和slot连接
QObject::connect(&a, SIGNAL(valueChanged(int)), &b, SLOT(setValue(int)));

a.setValue(12);     // a.value() == 12, b.value() == 12
b.setValue(48);     // a.value() == 12, b.value() == 48

这是目前C++中我认为最方便的一种实现接口的方式了，不管信号的接受函数是否存在都不会有问题，当信号的接收函数不存在时跳过就是了。

他的实现方式有一点点类似与发布-订阅模式的实现，需要一个数据结构(可以是list、map等)来存储singal、slot绑定后的函数对象，当有信号时还需要查找对应的函数对象，会增加额外的开销，这对于高性能的服务端开发是不可原谅的。

因为回调是一个频繁使用的东西，根据使用的场景来判断是否要使用这种机制，比如对性能要求不高的客户端开发使用它还是不错的，当然除非特殊情况一般都不推荐使用C++来开发客户端了_.挺矛盾的，能有C++的场景一般都对性能要求比较高的，所以一般不考虑用这个东西。

6 总结

当然只要目前计算机处理器的设计思想没有什么重大变化，本质上都是调用汇编中的call指令。我认为以上的几种回调的方法本质上也是函数指针而已，但是随着软件工程和软件规模的发展，人们必然要不断改进使用的方法，不断的将复杂的使用方式做的简单。这样才可以让更多的人能够更好的使用它们。当然如果想提高自己的话还是要弄明白内部到底是怎么回事的。

这里推荐一篇好文章：孟岩的 function/bind的救赎（上）