深入浅出剖析C语言函数指针与回调函数
微信公众号：杨源鑫
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一、C语言回调函数
什么是回调函数？
百度的权威解释如下：
回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。
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}
运行结果:
从这个例子可以看到，我们首先定义了一个函数指针fuc ,这个函数指针的返回值为void型,然后我们给函数指针赋值，赋值为print,也就是print函数的首地址，此时fuc获得了print的地址，fuc的地址等于print的地址，所以最终调用fuc();也就相当于调用了print();那么我写的这个例子明显和百度解释的不符合啊？定义是如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数，确实，有所不同，但道理是一样的，我们接下来再来看一个例子。
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}
运行结果:
从这个例子里，我们看到:
这样子不就符合我们的定义了嘛？我们把函数的指针(地址),这里也就是add_ret,作为参数int add(int a , int b , int (add_value)()) ， 这里的参数就是int(add_value)() , 这个名字可以随便取，但是要符合C语言的命名规范。当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。 我们看到add函数内部，return (add_value)(a,b) ; 这个(add_value)(a,b)相当于对指针进行了简引用，我们在main函数中，传入具体要实现功能的函数，add_ret,这个函数很简单，就是实现两数相加并返回,这里刚刚好，简引用，相当于取出指针返回地址里的值，这个值就是return a+b，也就是我们传入a和b两数相加的结果。
那么，回调函数究竟有什么作用呢？
说到这里，就有了用户和开发者之间的概念，假设，用户是实现add_ret这个函数，而开发者是实现add这个函数，现在的需求是，用户将add_ret这个函数以参数的形式传入开发者实现的add函数，add函数就会返回一个数字给用户，开发者没必要告诉用户他实现了什么东西，用户也并不知道开发者是怎么实现的，用户只需要传入自己写的函数，便可以得到开发者实现的函数的返回值，开发者可以将内容封装起来，将头文件以及库文件提供给用户。
接下来，我们用Linux来演示下这个结果，我们在目录下创建三个文件main.c,vendor.c,vendor.h
main.c是用户开发的。
vendor.c和vendor.h是开发者实现的。
在main.c中，代码如下：
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，代码如下：
1#include "vendor.h"
2int add(int a , int b , int (*add_value)())
3{
4 return (*add_value)(a,b);
5}
vendor.h，代码如下：
1#ifndef __VENDOR_H
2#define __VENDOR_H
3
4int add(int a , int b , int (*add_value)());
5
6#endif
接下来，我们制作一个动态链接库，最终开发者把vendor.c的内容封起来，把vendor.h提供给用户使用。
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下制作动态链接库，将vendor.c和vendor.h打包成一个动态链接库
先明白以下几个命令是什么意思：
生成动态库:
gcc -shared -fPIC dvendor.c -o libvendor.so
参数含义：
-shared : 生成动态库;
-fPIC : 生成与位置无关代码;
-o :指定生成的目标文件;
使用动态库:
gcc main.c -L . –lvendor -o main
-L : 指定库的路径(编译时); 不指定就使用默认路径(/usr/lib/lib)
-lvendor : 指定需要动态链接的库是谁;
代码运行时需要加载动态库:
./main 加载动态库 (默认加载路径:/usr/lib /lib ./ …)
./main
我们将编译动态库生成的libvendor.so拷贝到/usr/lib后，现在就不需要vendor.c了，此时我们将vendor.c移除，也可以正常的编译并且执行main函数的结果，这就是回调函数的作用之一。
操作流程如下：
二、回调函数在Linux内核中的应用
回调函数在Linux内核里得到了广泛的应用，接下来，我将引用Linux内核中文件操作结构体来详细的说明。
我们首先来看到这个结构体，这段代码位于linux内核的include/linux/fs.h中，由于代码众多，我只截取几个最基本的例子：
File_operations文件操作结构体:
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};
这段代码中，利用结构体的封装思想，将函数指针封装在一个file_operations结构体里，然后，在具体实现驱动的时候，实现具体的函数，再赋值给结构体里的函数指针做好初始化操作,我们来看看友善之臂的led驱动就明白了。
以下这段代码截取友善之臂提供的linux内核中的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，先是定义了一个结构体变量，并对结构体变量进行初始化，在这个驱动中，只实现了ioctl函数，对照着上面的结构体，ulocked_ioctl就是结构体中的这个函数指针。
long (*unlocked_ioctl) (struct file *,unsigned int, unsigned long);
再来看看友善实现的adc驱动里，也是这么来做,这里看到 : 也是C语言结构体的一种初始化方式，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};
在内核中，有很多这样的函数指针，所以，当我们了解了这样的套路以后，再去学习linux内核，我们的思想就会清晰很多了。
再来看看回调函数在linux内核里的基本应用。
从上节我们了解到，回调函数的本质其实也就是函数指针，只不过定义有所区别。它的定义就是：你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。
接下来我们来看一个例子：
这段代码摘自友善之臂的button驱动：
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}
我们在tiny4412_buttons_open函数里看到
1err = request_irq(irq, button_interrupt, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,
2 buttons[i].name,(void *)&buttons[i]);
我们来看看request_irq这个函数:
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}
到这里我们就明白了，第二个参数是一个用typedef重新定义的一个新类型的函数指针。
那么也就是说一旦执行了tiny4412的open函数,就会通过request_irq去通过回调函数去执行按键中断，并返回一个中断句柄。这个回调函数，其实就是一个中断服务函数。
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}
回调函数在内核中就是这么来使用的，当然，还有其它的，比如我们在tiny4412的open函数里面还看到:
1 setup_timer(&buttons[i].timer,tiny4412_buttons_timer,
2 (unsignedlong)&buttons[i]);
这个函数的作用是注册一个定时器，通过回调函数tiny4412_buttons_timer来进行触发。
如果你不看它的定义，你可能以为它是一个普通函数，其实它是一个宏封装的。
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)
这个宏函数通过调用setup_timer_key这个函数来实现定时器的注册:
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}
通过这个例子，我们更加了解到回调函数在Linux内核中的应用，为学习Linux内核，分析linux内核源代码打下了基础。
三、回调函数在Posix应用API中的使用
其实，在Posix应用编程里，我们也能用到回调函数，我们来看看多线程编程中，经常使用的pthread_create函数：
我们先来看看它的原型：
1int pthread_create（（pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void *（*start_routine）（void *）, void *arg）
参数说明:
(1) thread:表示线程的标识符
(2) attr:表示线程的属性设置
(3) start_routine：表示线程函数的起始地址
(4) arg:表示传递给线程函数的参数
函数的返回值为：
(1) success:返回0
(2) fair:返回-1
看到这个函数的第三个参数，这不就是一个函数指针，同时也是一个回调函数嘛！这就是函数指针和回调函数在UNIX环境多线程编程中的应用。
我们在windows的dev C++上写一个测试程序来看看:
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}
运行结果：
我们会看到在main函数里的打印语句和在线程回调函数void *function(void *args)里打印语句在同时打印。
关于这个函数的如何使用，网上文章有很多讲得非常的详细，这里仅仅只是写函数指针和回调函数的应用，详细可以参考这篇文章，了解进程和线程。
http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/8545253
当然，应用里还有其它的API通用运用到了回调函数，期待大家在实践中去发掘。
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