C語言回調函數(shù)的概念及其應用
筆者能力有限，如果文中有錯誤的地方，歡迎各位朋友給我及時地指出來，我將不甚感激，謝謝~
概念
引用維基百科上的關于回調函數(shù)的概念:
在計算機程序設計中，回調函數(shù)，或簡稱回調（Callback 即call then back 被主函數(shù)調用運算后會返回主函數(shù)），是指通過函數(shù)參數(shù)傳遞到其它代碼的，某一塊可執(zhí)行代碼的引用。這一設計允許了底層代碼調用在高層定義的子程序。
打一個簡單的例子就是說，如果我們在一個 RTOS 的基礎上去編寫應用程序，編寫應用程序的這一層就是應用層，也可以說是高層，那 RTOS 內核所處的就是內核層，也可以說是底層。在編寫應用程序的時候，我們可以函數(shù)調用的形式來在高層調用底層的函數(shù)來實現(xiàn)相關的功能，但是底層的程序在使用過程中，一般是不進行改動的，也就無法通過普通函數(shù)調用的方法去調用在高層定義的函數(shù)，而回調函數(shù)則能解決這一問題，使得底層代碼調用在高層定義的子程序，下面通過一個圖簡單說明這個問題：
回調函數(shù)的實現(xiàn)
對于回調函數(shù)一種比較簡單的理解也就是將一個函數(shù)指針以參數(shù)的形式傳遞給另一個函數(shù)，在這里不對函數(shù)指針的概念進行展開講解，筆者在《C 語言跳轉表的實現(xiàn)及在嵌入式設備中的應用》中簡單地描述了函數(shù)指針的概念。在大多數(shù)情況下，回調函數(shù)將包括以下三個部分：
定義回調函數(shù)
注冊回調函數(shù)
執(zhí)行回調函數(shù)
下面筆者通過一個簡單的例子將回調函數(shù)的實現(xiàn)與這三部分關聯(lián)起來。
定義回調函數(shù)
回調函數(shù)的定義很簡單，與普通函數(shù)的定義沒有區(qū)別，比如我們定義一個看門狗計時器的回調函數(shù)如下：
/*高層*/
void Watchdog_ExpiredCallback(void)
{
//do something
}
可以看出這就是一個普通的函數(shù)。
注冊回調函數(shù)并執(zhí)行
注冊回調函數(shù)筆者在這里給出兩種實現(xiàn)思路，先是一種比較直觀的：
/*底層*/
void Watchdog_Expired(void (*Callback)(void))
{
Callback();
}
可以看到這個函數(shù)的形參是一個函數(shù)指針，因此我們也就可以將我們定義的函數(shù)的指針作為函數(shù)傳到當前這個函數(shù)，從而實現(xiàn)在底層調用高層的代碼。調用方法也有兩種形式，分別是以下兩種：
Watchdog_Expired(Watchdog_ExpiredCallback);
Watchdog_Expired(&Watchdog_ExpiredCallback);
為什么這兩種調用方式結果都一致呢，其實這也就跟數(shù)組的 a 和 &a[0]的關系是一個道理，雖然表征的意義不一致，但是其數(shù)值是相等的。注冊回調函數(shù)的第二種方法在形式上看著要比第一種要復雜一點，我們先采用如下方式定義一個函數(shù)指針：
typedef void (*Callback)(void);
static Callback WatchdogExpired = NULL;
然后就可以這樣實現(xiàn)注冊函數(shù)：
void
Watchdog_CallbackRegister(void (*Callback)(void))
{
WatchdogExpired = Callback;
}
然后就可以將我們之前定義的函數(shù)進行注冊：
Watchdog_CallbackRegister(Watchdog_ExpiredCallback);
這里需要注意的是上述的這個函數(shù)應該在系統(tǒng)初始化的時候，就完成調用，然后我們就可以在中斷服務函數(shù)里完成回調函數(shù)的執(zhí)行了：
void watchdog_ISR(void)
{
if (WatchdogExpired != NULL)
{
WatchdogExpired();
}
}
上述便是回調函數(shù)的一個簡單例子，下面筆者將分析回調函數(shù)在 rtthread 上的一個應用。
RT-Thread 空閑線程的鉤子函數(shù)
我們首先來看 RT-Thread 對于空閑線程的介紹:
RT-Thread 空閑線程是系統(tǒng)創(chuàng)建的最低優(yōu)先級的線程，線程狀態(tài)永遠為就緒態(tài)。當系統(tǒng)中無其他就緒線程存在時，調度器將調度到空閑線程，它通常是一個死循環(huán)，且永遠不能被掛起。在空閑線程中也提供了接口來運行用戶設置的鉤子函數(shù)，在空閑線程運行時會調用該鉤子函數(shù)，適合鉤入功耗管理、看門狗喂狗等工作。
在上述介紹中提到空閑線程提供了接口來運行用戶設置的鉤子函數(shù)，那這又是基于什么原理呢？首先我們來看空閑函數(shù)是如何設置鉤子函數(shù)，代碼如下：
static void (*idle_hook_list[RT_IDEL_HOOK_LIST_SIZE])();
rt_err_t rt_thread_idle_sethook(void (*hook)(void))
{
rt_size_t i;
rt_base_t level;
rt_err_t ret = -RT_EFULL;
/* disable interrupt */
level = rt_hw_interrupt_disable();
for (i = 0; i < RT_IDEL_HOOK_LIST_SIZE; i++)
{
if (idle_hook_list[i] == RT_NULL)
{
idle_hook_list[i] = hook;
ret = RT_EOK;
break;
}
}
/* enable interrupt */
rt_hw_interrupt_enable(level);
return ret;
}
我們可以看到這個函數(shù)的形參是一個函數(shù)指針，自然可以想到是用到了回調函數(shù)的原理。對于此函數(shù)的實現(xiàn)，我們可以看到是定義了一個全局的鉤子函數(shù)數(shù)組，也就是說可以注冊多個回調函數(shù)，然后會根據(jù)注冊的先后順序進行執(zhí)行。既然可以注冊回調函數(shù)了，那么我們就可以在應用層定義一個回調函數(shù)，這里以看門狗喂狗為例，實現(xiàn)代碼如下：
static void idle_hook(void)
{
/*喂狗操作*/
rt_device_control(wdg_dev,RT_DEVICE_CTRL_WDT_KEEPALIVE, NULL);
rt_kprintf("feed the dog!\n");
}
定義了回調函數(shù)，我們就可以在主程序里將注冊該回調函數(shù)了：
int main(void)
{
/*省略看門狗設備的相關操作*/
rt_thread_idle_sethook(idle_hook);
}
回調函數(shù)已經注冊，何時會執(zhí)行呢？對于當前系統(tǒng)而言，當當前無其他線程運行時，切換到空閑線程時會運行我們注冊的回調函數(shù)，空閑線程里面的內容是這樣的：
static void rt_thread_idle_entry(void *parameter)
{
while (1)
{
#ifdef RT_USING_IDLE_HOOK
rt_size_t i;
for (i = 0; i < RT_IDEL_HOOK_LIST_SIZE; i++)
{
if (idle_hook_list[i] != RT_NULL)
{
idle_hook_list[i]();
}
}
#endif
rt_thread_idle_excute();
#ifdef RT_USING_PM
rt_system_power_manager();
#endif
}
}
上述代碼也印證了剛才所說的，注冊的多個回調函數(shù)會根據(jù)注冊的順序依次執(zhí)行。最后，回顧空閑線程鉤子函數(shù)的運行過程，也就和文章最開始給出的調用關系圖相對應起來了。
總結
在 RT-Thread 中關于回調函數(shù)的例子也不止空閑線程鉤子函數(shù)這一個，還有很多，比如調度器和串口設備里也有，不過原理都是一樣的，最終實現(xiàn)的效果也都是能夠使底層調用高層定義的代碼。
參考資料：
[1] https://www.embedded.com/increasing-code-flexibility-using-callbacks/
[2]https://www.beningo.com/embedded-basics-callback-functions/
您的閱讀是對我最大的鼓勵，您的建議是對我最大地提升，歡迎點擊下方圖片進入小程序進行評論或者添加筆者微信相互交流，二維碼在公眾號底部獲取
免責聲明：本文內容由21ic獲得授權后發(fā)布，版權歸原作者所有，本平臺僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點，不代表本平臺立場，如有問題，請聯(lián)系我們，謝謝！
下載文檔
