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C和C++中回调的总结

macwe
 macwe
发布于 2014/06/01 21:39
字数 1400
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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。

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)

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macwe
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评论(1)

渡世白玉
渡世白玉
学习了、、
现在C++11了、还是bind和信号槽好些、、
只是你说信号槽的效率不可接受也不是绝对的、、毕竟其他语言怎么优化达到这个效率都很难的、、、Qt5新语法用指针代替字符串了、、还好点、、就是类型的检查和用list一类的容器是少不了了、
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