回調函數 -callback- 是什麼？一文理解回調函數-callback-

一、什麼是回調函數

1.1、回調函數的定義和基本概念

回調函數是一種特殊的函數，它作爲參數傳遞給另一個函數，並在被調用函數執行完畢後被調用。回調函數通常用於事件處理、異步編程和處理各種操作系統和框架的 API。

基本概念：

  1. 回調：指被傳入到另一個函數的函數。

  2. 異步編程：指在代碼執行時不會阻塞程序運行的方式。

  3. 事件驅動：指程序的執行是由外部事件觸發而不是順序執行的方式。

1.2、回調函數的作用和使用場景

回調函數是一種常見的編程技術，它可以在異步操作完成後調用一個預定義的函數來處理結果。回調函數通常用於處理事件、執行異步操作或響應用戶輸入等場景。

回調函數的作用是將代碼邏輯分離出來，使得代碼更加模塊化和可維護。使用回調函數可以避免阻塞程序的運行，提高程序的性能和效率。另外，回調函數還可以實現代碼的複用，因爲它們可以被多個地方調用。

回調函數的使用場景包括：

  1. 事件處理：回調函數可以用於處理各種事件，例如鼠標點擊、鍵盤輸入、網絡請求等。

  2. 異步操作：回調函數可以用於異步操作，例如讀取文件、發送郵件、下載文件等。

  3. 數據處理：回調函數可以用於處理數據，例如對數組進行排序、過濾、映射等。

  4. 插件開發：回調函數可以用於開發插件，例如 WordPress 插件、jQuery 插件等。

回調函數是一種非常靈活和強大的編程技術，可以讓我們更好地處理各種異步操作和事件。

二、回調函數的實現方法

回調函數可以通過函數指針或函數對象來實現。

2.1、函數指針

函數指針是一個變量，它存儲了一個函數的地址。當將函數指針作爲參數傳遞給另一個函數時，另一個函數就可以使用這個指針來調用該函數。函數指針的定義形式如下：

返回類型 (*函數指針名稱)(參數列表)

例如，假設有一個回調函數需要接收兩個整數參數並返回一個整數值，可以使用以下方式定義函數指針：

int (*callback)(int, int);

然後，可以將一個實際的函數指針賦值給它，例如：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
callback = add;

現在，可以將這個函數指針傳遞給其他函數，使得其他函數可以使用這個指針來調用該函數。

2.2、函數對象 / functor

除了函數指針，還可以使用函數對象來實現回調函數。函數對象是一個類的實例，其中重載了函數調用運算符 ()。當將一個函數對象作爲參數傳遞給另一個函數時，另一個函數就可以使用這個對象來調用其重載的函數調用運算符。函數對象的定義形式如下：

class callback {
public:
    返回類型 operator()(參數列表) {
        // 函數體
    }
};

例如，假設有一個回調函數需要接收兩個整數參數並返回一個整數值，可以使用以下方式定義函數對象：

class Add {
public:
    int operator()(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};
Add add;

然後，可以將這個函數對象傳遞給其他函數，使得其他函數可以使用這個對象來調用其重載的函數調用運算符。

2.3、匿名函數 / lambda 表達式

回調函數的實現方法有多種，其中一種常見的方式是使用匿名函數 / lambda 表達式。

Lambda 表達式是一個匿名函數，可以作爲參數傳遞給其他函數或對象。在 C++11 之前，如果想要傳遞一個函數作爲參數，需要使用函數指針或者函數對象。但是這些方法都比較繁瑣，需要顯式地定義函數或者類，並且代碼可讀性不高。使用 Lambda 表達式可以簡化這個過程，使得代碼更加簡潔和易讀。

下面是一個使用 Lambda 表達式實現回調函數的例子：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

void print(int i) {
    std::cout << i << " ";
}

void forEach(const std::vector<int>& v, const void(*callback)(int)) {
    for(auto i : v) {
        callback(i);
    }
}

int main() {
    std::vector<int> v = {1,2,3,4,5};
    forEach(v, [](int i){std::cout << i << " ";});
}

在上面的例子中，我們定義了一個 forEach 函數，接受一個 vector 和一個回調函數作爲參數。回調函數的類型是 void()(int)，即一個接受一個整數參數並且返回 void 的函數指針。在 main 函數中，我們使用了 Lambda 表達式來作爲回調函數的實現，即 [](int i){std::cout << i << " ";}。Lambda 表達式的語法爲{/ lambda body */}，其中[] 表示 Lambda 表達式的捕獲列表，即可以在 Lambda 表達式中訪問的外部變量；{}表示 Lambda 函數體，即 Lambda 表達式所要執行的代碼塊。

在使用 forEach 函數時，我們傳遞了一個 Lambda 表達式作爲回調函數，用於輸出 vector 中的每個元素。當 forEach 函數調用回調函數時，實際上是調用 Lambda 表達式來處理 vector 中的每個元素。這種方式相比傳遞函數指針或者函數對象更加簡潔和易讀。

使用 Lambda 表達式可以方便地實現回調函數，使得代碼更加簡潔和易讀。但是需要注意 Lambda 表達式可能會影響代碼的性能，因此需要根據具體情況進行評估和選擇。

三、回調函數的應用舉例

異步編程中的回調函數：網絡編程中，當某個連接收到數據後，可以使用回調函數來處理數據。

例如：

void onDataReceived(int socket, char* data, int size);

int main() {
  int socket = connectToServer();
  startReceivingData(socket, onDataReceived);
  // ...
}

void onDataReceived(int socket, char* data, int size) {
  // 處理數據...
}

回調函數在 GUI 編程中的應用：GUI 編程中，當用戶觸發了某個操作時，可以使用回調函數來處理該操作。

例如：

void onButtonClicked(Button* button);

int main() {
  Button* button = createButton("Click me");
  setButtonClickHandler(button, onButtonClicked);
  // ...
}

void onButtonClicked(Button* button) {
  // 處理按鈕點擊事件...
}

事件處理程序中的回調函數：多線程編程中，當某個線程完成了一次任務後，可以使用回調函數來通知主線程。

例如：

void onTaskCompleted(int taskId);

int main() {
  for (int i = 0; i < numTasks; i++) {
    startBackgroundTask(i, onTaskCompleted);
  }
  // ...
}

void onTaskCompleted(int taskId) {
  // 處理任務完成事件...
}

四、回調函數的優缺點

優點：

缺點：

小結：代碼靈活、易於擴展，但是不易於閱讀、容易出錯。

五、回調函數與其他編程概念的關係

5.1、回調函數和閉包的關係

回調函數和閉包之間存在着緊密的關係。回調函數是一個函數，在另一個函數中被作爲參數傳遞，並在該函數執行完後被調用。閉包是由一個函數及其相關的引用環境組合而成的實體，可以訪問函數外部的變量。

在某些情況下，回調函數需要訪問到它所在的父函數的變量，這時就需要使用閉包來實現。通過將回調函數放在閉包內部，可以將父函數的變量保存在閉包的引用環境中，使得回調函數能夠訪問到這些變量。同時，閉包還可以保證父函數中的變量在回調函數執行時不會被銷燬，從而確保了回調函數的正確性。

因此，回調函數和閉包是一對密切相關的概念，常常一起使用來實現複雜的邏輯和功能。

5.2、回調函數和 Promise 的關係

C++ 回調函數和 Promise 都是異步編程的實現方式。

回調函數是一種將函數作爲參數傳遞給另一個函數，在異步操作完成後執行的技術。在 C++ 中，回調函數通常使用函數指針或函數對象來實現。當異步操作完成後，會調用註冊的回調函數，以便執行相應的處理邏輯。

而 Promise 則是一種更加高級的異步編程模式，它通過解決回調地獄問題，提供了更加優雅和簡潔的異步編程方式。Promise 可以將異步操作封裝成一個 Promise 對象，並通過鏈式調用 then() 方法來註冊回調函數，以及 catch() 方法來捕獲異常。當異步操作完成後，Promise 會自動根據操作結果觸發相應的回調函數。

因此，可以說 C++ 回調函數和 Promise 都是異步編程的實現方式，但是 Promise 提供了更加高級和優雅的編程模式，能夠更好地管理異步操作和避免回調地獄問題。

5.3、回調函數和觀察者模式的關係

回調函數和觀察者模式都是用於實現事件驅動編程的技術。它們之間的關係是，觀察者模式是一種設計模式，它通過定義一種一對多的依賴關係，使得一個對象的狀態發生改變時，所有依賴於它的對象都會得到通知並自動更新。而回調函數則是一種編程技術，它允許將一個函數作爲參數傳遞給另一個函數，在執行過程中調用這個函數來完成特定的任務。

在觀察者模式中，當一個被觀察的對象發生改變時，會遍歷所有的觀察者對象，調用其定義好的更新方法，以進行相應的操作。這裏的更新方法就可以看做是回調函數，因爲它是由被觀察對象調用的，並且在執行過程中可能需要使用到一些外部參數或上下文信息。因此，可以說觀察者模式本身就包含了回調函數的概念，並且藉助回調函數來實現觀察者模式的具體功能。

六、如何編寫高質量的回調函數

回調函數需要遵循以下幾個原則：

  1. 明確函數的目的和作用域。回調函數應該有一個清晰的目的，同時只關注與其作用範圍相關的任務。

  2. 確定回調函數的參數和返回值。在定義回調函數時，需要明確它所需的參數和返回值類型，這樣可以使調用方更容易使用。

  3. 謹慎處理錯誤和異常。回調函數可能會引發一些異常或錯誤，需要使用 try-catch 塊來處理它們，並給出相應的警告。

  4. 確保回調函數不會導致死鎖或阻塞。回調函數需要儘可能快地執行完畢，以避免影響程序的性能和穩定性。

  5. 使用清晰且易於理解的命名規則。回調函數的命名應該清晰、簡潔，並儘可能說明其功能和意義。

  6. 編寫文檔和示例代碼。良好的文檔和示例代碼可以幫助其他開發者更容易地使用回調函數，同時也有助於提高代碼的可維護性和可重用性。

  7. 遵循編碼規範和最佳實踐。編寫高質量的回調函數需要遵守編碼規範和最佳實踐，例如使用合適的命名規則、註釋代碼等。

6.1、回調函數的命名規範

回調函數的命名規範沒有固定的標準，但是根據通用慣例和編碼規範，回調函數的命名應該能夠反映函數的作用和功能，讓其他開發者能夠快速理解並使用。

  1. 使用動詞 + 名詞的方式來描述回調函數的作用，例如 onSuccess、onError 等。

  2. 如果回調函數是用於處理事件的，可以以 handleEvent 或者 onEvent 作爲函數名。

  3. 如果回調函數是用於處理異步操作完成後的結果，可以以 onComplete 或者 onResult 作爲函數名。

  4. 在命名時要注意保持簡潔明瞭，不要過於冗長，也不要使用縮寫或者不清晰的縮寫。

  5. 儘量使用有意義的單詞或者短語作爲函數名，不要使用無意義的字母或數字組合。

  6. 與代碼中其他的函數名稱保持一致，儘量避免出現命名衝突的情況。

6.2、回調函數的參數設計

回調函數的參數設計取決於回調函數所需執行的操作和數據。一般來說，回調函數需要接收至少一個參數，通常是處理結果或錯誤信息。其他可選參數根據需要添加。

例如，如果回調函數是用於處理異步請求的，則第一個參數可能是錯誤信息（如果存在），第二個參數則是請求返回的數據。另外，也可以將回調函數的上下文傳遞給該函數作爲參數，以便在回調函數中使用。

假設有一個函數 process_data 用於處理數據，但是具體的處理方式需要根據不同的情況進行定製化。這時候我們可以使用回調函數來實現。

回調函數的參數設計如下：

void process_data(void *data, int len, void (*callback)(void *result));

其中，data 表示要處理的數據，len 表示數據的長度，callback 是一個函數指針，用於指定處理完數據後的回調函數。回調函數的形式如下：

void callback_func(void *result);

在 process_data 函數中，首先會對數據進行處理，然後將處理結果傳遞給回調函數進行處理。具體實現如下：

void process_data(void *data, int len, void (*callback)(void *result)) {
    // 處理數據
    void *result = data; // 這裏只是舉個例子，實際上需要根據實際情況進行處理

    // 調用回調函數
    callback(result);
}

使用示例：

#include <stdio.h>

void callback_func(void *result) {
    printf("processing result: %s\n", (char *)result); // 這裏只是舉個例子，實際上需要根據實際情況進行處理
}

int main() {
    char data[] = "hello world";
    process_data(data, sizeof(data), callback_func);
    return 0;
}

七、總結

回調函數是一種常見的編程模式，主要內容包括以下幾個方面：

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/p71yXu4o8Px4J9uSgHdLFA

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