Ответ 1
Примечание. Большинство ответов касаются указателей на функции, что является одной из возможностей достижения логики "обратного вызова" в C++, но на сегодняшний день, я думаю, не самый благоприятный.
Что такое обратные вызовы (?) И зачем их использовать (!)
Обратный вызов - это вызываемый (см. Далее вниз) метод, принятый классом или функцией, который используется для настройки текущей логики в зависимости от этого обратного вызова.
Одной из причин использования обратных вызовов является написание универсального кода, который не зависит от логики в вызываемой функции и может быть повторно использован с различными обратными вызовами.
Многие функции библиотеки стандартных алгоритмов <algorithm>
используют обратные вызовы. Например, алгоритм for_each
применяет унарный обратный вызов к каждому элементу в диапазоне итераторов:
template<class InputIt, class UnaryFunction>
UnaryFunction for_each(InputIt first, InputIt last, UnaryFunction f)
{
for (; first != last; ++first) {
f(*first);
}
return f;
}
который может быть использован для того, чтобы сначала увеличить, а затем распечатать вектор, передав соответствующие вызовы, например:
std::vector<double> v{ 1.0, 2.2, 4.0, 5.5, 7.2 };
double r = 4.0;
std::for_each(v.begin(), v.end(), [&](double & v) { v += r; });
std::for_each(v.begin(), v.end(), [](double v) { std::cout << v << " "; });
который печатает
5 6.2 8 9.5 11.2
Другое применение обратных вызовов - это уведомление вызывающих абонентов об определенных событиях, что обеспечивает определенную гибкость статического времени/времени компиляции.
Лично я использую локальную библиотеку оптимизации, которая использует два разных обратных вызова:
- Первый обратный вызов вызывается, если требуется значение функции и градиент, основанный на векторе входных значений (логический обратный вызов: определение значения функции/получение градиента).
- Второй обратный вызов вызывается один раз для каждого шага алгоритма и получает определенную информацию о сходимости алгоритма (обратный вызов уведомления).
Таким образом, разработчик библиотеки не отвечает за то, что происходит с информацией, которая предоставляется программисту посредством обратного вызова уведомления, и ему не нужно беспокоиться о том, как на самом деле определить значения функции, поскольку они предоставляются логическим обратным вызовом. Правильное решение этих задач является задачей пользователя библиотеки и делает библиотеку тонкой и более общей.
Кроме того, обратные вызовы могут включать динамическое поведение во время выполнения.
Представьте себе некоторый класс игрового движка, у которого есть функция, которая запускается каждый раз, когда пользователь нажимает кнопку на его клавиатуре, и набор функций, которые управляют вашим игровым поведением. С помощью обратных вызовов вы можете (пере) решить во время выполнения, какое действие будет предпринято.
void player_jump();
void player_crouch();
class game_core
{
std::array<void(*)(), total_num_keys> actions;
//
void key_pressed(unsigned key_id)
{
if(actions[key_id]) actions[key_id]();
}
// update keybind from menu
void update_keybind(unsigned key_id, void(*new_action)())
{
actions[key_id] = new_action;
}
};
Здесь функция key_pressed
использует обратные вызовы, сохраненные в actions
чтобы получить желаемое поведение при нажатии определенной клавиши. Если игрок решает изменить кнопку прыжка, двигатель может вызвать
game_core_instance.update_keybind(newly_selected_key, &player_jump);
и, таким образом, изменить поведение вызова на key_pressed
(который вызывает player_jump
) после нажатия этой кнопки в следующий раз в игре.
Что называют в C++ (11)?
См. Концепции C++: Callable on cppreference для более формального описания.
Функция обратного вызова может быть реализована несколькими способами в C++ (11), так как несколько разных вещей могут быть вызваны *:
- Указатели на функции (включая указатели на функции-члены)
- объекты
std::function
- Лямбда-выражения
- Привязка выражений
- Объекты функций (классы с перегруженными функциями, оператор вызова
operator()
)
* Примечание: указатель на элементы данных также может быть вызван, но функция не вызывается вообще.
Несколько важных способов написать обратные вызовы в деталях
- X.1 "Написание" обратного вызова в этом посте означает синтаксис для объявления и присвоения имени типу обратного вызова.
- X.2 "Вызов" обратного вызова относится к синтаксису для вызова этих объектов.
- X.3 "Использование" обратного вызова означает синтаксис при передаче аргументов функции с использованием обратного вызова.
Примечание. Начиная с C++ 17, вызов типа f(...)
может быть записан как std::invoke(f,...)
который также обрабатывает указатель на регистр члена.
1. Функциональные указатели
Указатель на функцию - это "самый простой" (с точки зрения универсальности; с точки зрения читабельности, возможно, наихудший) тип, который может иметь обратный вызов.
Пусть есть простая функция foo
:
int foo (int x) { return 2+x; }
1.1 Написание указателя функции/обозначения типа
Тип указателя на функцию имеет обозначение
return_type (*)(parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)
// i.e. a pointer to foo has the type:
int (*)(int)
где тип указателя на именованную функцию будет выглядеть
return_type (* name) (parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)
// i.e. f_int_t is a type: function pointer taking one int argument, returning int
typedef int (*f_int_t) (int);
// foo_p is a pointer to function taking int returning int
// initialized by pointer to function foo taking int returning int
int (* foo_p)(int) = &foo;
// can alternatively be written as
f_int_t foo_p = &foo;
Объявление using
дает нам возможность сделать вещи немного более читабельными, поскольку typedef
для f_int_t
также можно записать так:
using f_int_t = int(*)(int);
Где (по крайней мере, для меня) более f_int_t
что f_int_t
- это псевдоним нового типа, и распознавание типа указателя на функцию также легче
И объявление функции, использующей обратный вызов типа указателя на функцию, будет:
// foobar having a callback argument named moo of type
// pointer to function returning int taking int as its argument
int foobar (int x, int (*moo)(int));
// if f_int is the function pointer typedef from above we can also write foobar as:
int foobar (int x, f_int_t moo);
1.2 Обратный звонок
Нотация вызова соответствует простому синтаксису вызова функции:
int foobar (int x, int (*moo)(int))
{
return x + moo(x); // function pointer moo called using argument x
}
// analog
int foobar (int x, f_int_t moo)
{
return x + moo(x); // function pointer moo called using argument x
}
1.3 Обратный звонок использовать нотацию и совместимые типы
Функция обратного вызова, принимающая указатель на функцию, может быть вызвана с помощью указателей на функцию.
Использовать функцию, которая принимает обратный вызов указателя функции, довольно просто:
int a = 5;
int b = foobar(a, foo); // call foobar with pointer to foo as callback
// can also be
int b = foobar(a, &foo); // call foobar with pointer to foo as callback
1.4 Пример
Можно написать функцию, которая не зависит от того, как работает обратный вызов:
void tranform_every_int(int * v, unsigned n, int (*fp)(int))
{
for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
{
v[i] = fp(v[i]);
}
}
где возможные обратные вызовы могут быть
int double_int(int x) { return 2*x; }
int square_int(int x) { return x*x; }
используется как
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
tranform_every_int(&a[0], 5, double_int);
// now a == {2, 4, 6, 8, 10};
tranform_every_int(&a[0], 5, square_int);
// now a == {4, 16, 36, 64, 100};
2. Указатель на функцию-член
Указатель на функцию-член (некоторого класса C
) - это специальный тип (и даже более сложный) указателя на функцию, для которого требуется объект типа C
для работы.
struct C
{
int y;
int foo(int x) const { return x+y; }
};
2.1 Запись указателя на функцию-член/нотацию типа
Указатель на тип функции-члена для некоторого класса T
имеет обозначение
// can have more or less parameters
return_type (T::*)(parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)
// i.e. a pointer to C::foo has the type
int (C::*) (int)
где именованный указатель на функцию-член будет -in аналогично функции pointer- выглядеть следующим образом:
return_type (T::* name) (parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)
// i.e. a type 'f_C_int' representing a pointer to member function of 'C'
// taking int returning int is:
typedef int (C::* f_C_int_t) (int x);
// The type of C_foo_p is a pointer to member function of C taking int returning int
// Its value is initialized by a pointer to foo of C
int (C::* C_foo_p)(int) = &C::foo;
// which can also be written using the typedef:
f_C_int_t C_foo_p = &C::foo;
Пример: Объявление функции, принимающей указатель на обратный вызов функции-члена, в качестве одного из аргументов:
// C_foobar having an argument named moo of type pointer to member function of C
// where the callback returns int taking int as its argument
// also needs an object of type c
int C_foobar (int x, C const &c, int (C::*moo)(int));
// can equivalently declared using the typedef above:
int C_foobar (int x, C const &c, f_C_int_t moo);
2.2 Обратный звонок
Указатель на функцию-член C
может быть вызван по отношению к объекту типа C
с помощью операций доступа к элементу на разыменованном указателе. Примечание: требуется скобка!
int C_foobar (int x, C const &c, int (C::*moo)(int))
{
return x + (c.*moo)(x); // function pointer moo called for object c using argument x
}
// analog
int C_foobar (int x, C const &c, f_C_int_t moo)
{
return x + (c.*moo)(x); // function pointer moo called for object c using argument x
}
Примечание: если указатель на C
доступен, синтаксис эквивалентен (где указатель на C
должен быть разыменован):
int C_foobar_2 (int x, C const * c, int (C::*meow)(int))
{
if (!c) return x;
// function pointer meow called for object *c using argument x
return x + ((*c).*meow)(x);
}
// or equivalent:
int C_foobar_2 (int x, C const * c, int (C::*meow)(int))
{
if (!c) return x;
// function pointer meow called for object *c using argument x
return x + (c->*meow)(x);
}
2.3 Обратный звонок использовать нотацию и совместимые типы
Функция обратного вызова, принимающая указатель на функцию-член класса T
может быть вызвана с использованием указателя на функцию-член класса T
Использование функции, которая получает указатель на обратный вызов функции-члена, также является -in аналогом функции pointers-:
C my_c{2}; // aggregate initialization
int a = 5;
int b = C_foobar(a, my_c, &C::foo); // call C_foobar with pointer to foo as its callback
3. std::function
objects (заголовок <functional>
)
Класс std::function
является полиморфной функцией-оберткой для хранения, копирования или вызова вызываемых объектов.
3.1 Написание std::function
объекта/обозначения типа
Тип объекта std::function
хранящего вызываемый объект, выглядит следующим образом:
std::function<return_type(parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)>
// i.e. using the above function declaration of foo:
std::function<int(int)> stdf_foo = &foo;
// or C::foo:
std::function<int(const C&, int)> stdf_C_foo = &C::foo;
3.2 Обратный звонок
В классе std::function
operator()
который можно использовать для вызова своей цели.
int stdf_foobar (int x, std::function<int(int)> moo)
{
return x + moo(x); // std::function moo called
}
// or
int stdf_C_foobar (int x, C const &c, std::function<int(C const &, int)> moo)
{
return x + moo(c, x); // std::function moo called using c and x
}
3.3 Обратный звонок использовать нотацию и совместимые типы
Обратный вызов std::function
является более общим, чем указатели на функции или указатель на функцию-член, поскольку различные типы могут быть переданы и неявно преобразованы в объект std::function
.
3.3.1 Указатели на функции и указатели на функции-члены
Указатель на функцию
int a = 2;
int b = stdf_foobar(a, &foo);
// b == 6 ( 2 + (2+2) )
или указатель на функцию-член
int a = 2;
C my_c{7}; // aggregate initialization
int b = stdf_C_foobar(a, c, &C::foo);
// b == 11 == ( 2 + (7+2) )
может быть использован.
3.3.2 Лямбда-выражения
Безымянное замыкание из лямбда-выражения может храниться в объекте std::function
:
int a = 2;
int c = 3;
int b = stdf_foobar(a, [c](int x) -> int { return 7+c*x; });
// b == 15 == a + (7*c*a) == 2 + (7+3*2)
3.3.3 выражения std::bind
Результат выражения std::bind
может быть передан. Например, связывая параметры с вызовом указателя функции:
int foo_2 (int x, int y) { return 9*x + y; }
using std::placeholders::_1;
int a = 2;
int b = stdf_foobar(a, std::bind(foo_2, _1, 3));
// b == 23 == 2 + ( 9*2 + 3 )
int c = stdf_foobar(a, std::bind(foo_2, 5, _1));
// c == 49 == 2 + ( 9*5 + 2 )
Где также объекты могут быть связаны как объект для вызова указателя на функции-члены:
int a = 2;
C const my_c{7}; // aggregate initialization
int b = stdf_foobar(a, std::bind(&C::foo, my_c, _1));
// b == 1 == 2 + ( 2 + 7 )
3.3.4 Функциональные объекты
Объекты классов, имеющих надлежащую перегрузку operator()
могут храниться внутри объекта std::function
.
struct Meow
{
int y = 0;
Meow(int y_) : y(y_) {}
int operator()(int x) { return y * x; }
};
int a = 11;
int b = stdf_foobar(a, Meow{8});
// b == 99 == 11 + ( 8 * 11 )
3.4 Пример
Изменение примера указателя на функцию для использования std::function
void stdf_tranform_every_int(int * v, unsigned n, std::function<int(int)> fp)
{
for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
{
v[i] = fp(v[i]);
}
}
дает намного больше полезности для этой функции, потому что (см. 3.3) у нас есть больше возможностей использовать ее:
// using function pointer still possible
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
stdf_tranform_every_int(&a[0], 5, double_int);
// now a == {2, 4, 6, 8, 10};
// use it without having to write another function by using a lambda
stdf_tranform_every_int(&a[0], 5, [](int x) -> int { return x/2; });
// now a == {1, 2, 3, 4, 5}; again
// use std::bind :
int nine_x_and_y (int x, int y) { return 9*x + y; }
using std::placeholders::_1;
// calls nine_x_and_y for every int in a with y being 4 every time
stdf_tranform_every_int(&a[0], 5, std::bind(nine_x_and_y, _1, 4));
// now a == {13, 22, 31, 40, 49};
4. Шаблонный тип обратного вызова
Используя шаблоны, код, вызывающий обратный вызов, может быть даже более общим, чем использование объектов std::function
.
Обратите внимание, что шаблоны являются функцией времени компиляции и инструментом дизайна для полиморфизма времени компиляции. Если динамическое поведение во время выполнения должно быть достигнуто с помощью обратных вызовов, шаблоны помогут, но они не будут вызывать динамику во время выполнения.
4.1 Написание (обозначения типа) и вызов шаблонных обратных вызовов
Обобщение, т.е. приведенный std_ftransform_every_int
код std_ftransform_every_int
может быть еще более достигнуто с помощью шаблонов:
template<class R, class T>
void stdf_transform_every_int_templ(int * v,
unsigned const n, std::function<R(T)> fp)
{
for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
{
v[i] = fp(v[i]);
}
}
с еще более общим (а также самым простым) синтаксисом для типа обратного вызова, являющегося простым, подлежащим выводу шаблонным аргументом:
template<class F>
void transform_every_int_templ(int * v,
unsigned const n, F f)
{
std::cout << "transform_every_int_templ<"
<< type_name<F>() << ">\n";
for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
{
v[i] = f(v[i]);
}
}
Примечание: включенный вывод печатает имя типа, выведенное для шаблонного типа F
Реализация type_name
приведена в конце этого поста.
Наиболее общая реализация для унарного преобразования диапазона является частью стандартной библиотеки, а именно std::transform
, которая также шаблонируется в отношении повторяющихся типов.
template<class InputIt, class OutputIt, class UnaryOperation>
OutputIt transform(InputIt first1, InputIt last1, OutputIt d_first,
UnaryOperation unary_op)
{
while (first1 != last1) {
*d_first++ = unary_op(*first1++);
}
return d_first;
}
4.2 Примеры использования шаблонных обратных вызовов и совместимых типов
Совместимые типы для шаблонного метода обратного вызова std::function
stdf_transform_every_int_templ
идентичны вышеупомянутым типам (см. 3.4).
Однако при использовании шаблонной версии сигнатура используемого обратного вызова может немного измениться:
// Let
int foo (int x) { return 2+x; }
int muh (int const &x) { return 3+x; }
int & woof (int &x) { x *= 4; return x; }
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
stdf_transform_every_int_templ<int,int>(&a[0], 5, &foo);
// a == {3, 4, 5, 6, 7}
stdf_transform_every_int_templ<int, int const &>(&a[0], 5, &muh);
// a == {6, 7, 8, 9, 10}
stdf_transform_every_int_templ<int, int &>(&a[0], 5, &woof);
Примечание: std_ftransform_every_int
(не шаблонная версия; см. Выше) работает с foo
но не использует muh
.
// Let
void print_int(int * p, unsigned const n)
{
bool f{ true };
for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
{
std::cout << (f ? "" : " ") << p[i];
f = false;
}
std::cout << "\n";
}
Простой шаблонный параметр transform_every_int_templ
может быть любым возможным вызываемым типом.
int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, foo);
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, muh);
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, woof);
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, [](int x) -> int { return x + x + x; });
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, Meow{ 4 });
print_int(a, 5);
using std::placeholders::_1;
transform_every_int_templ(&a[0], 5, std::bind(foo_2, _1, 3));
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, std::function<int(int)>{&foo});
print_int(a, 5);
Приведенный выше код печатает:
1 2 3 4 5
transform_every_int_templ <int(*)(int)>
3 4 5 6 7
transform_every_int_templ <int(*)(int&)>
6 8 10 12 14
transform_every_int_templ <int& (*)(int&)>
9 11 13 15 17
transform_every_int_templ <main::{lambda(int)#1} >
27 33 39 45 51
transform_every_int_templ <Meow>
108 132 156 180 204
transform_every_int_templ <std::_Bind<int(*(std::_Placeholder<1>, int))(int, int)>>
975 1191 1407 1623 1839
transform_every_int_templ <std::function<int(int)>>
977 1193 1409 1625 1841
реализация type_name
использованная выше
#include <type_traits>
#include <typeinfo>
#include <string>
#include <memory>
#include <cxxabi.h>
template <class T>
std::string type_name()
{
typedef typename std::remove_reference<T>::type TR;
std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> own
(abi::__cxa_demangle(typeid(TR).name(), nullptr,
nullptr, nullptr), std::free);
std::string r = own != nullptr?own.get():typeid(TR).name();
if (std::is_const<TR>::value)
r += " const";
if (std::is_volatile<TR>::value)
r += " volatile";
if (std::is_lvalue_reference<T>::value)
r += " &";
else if (std::is_rvalue_reference<T>::value)
r += " &&";
return r;
}