Interested Article - Callback (программирование)

Callback ( англ. call — вызов, англ. back — обратный) или фу́нкция обра́тного вы́зова в программировании — передача исполняемого кода в качестве одного из параметров другому коду. Обратный вызов позволяет в функции исполнять код, который задаётся в аргументах при её вызове. Этот код может быть определён в других контекстах программного кода и быть недоступным для прямого вызова из этой функции. Некоторые алгоритмические задачи в качестве своих входных данных имеют не только числа или объекты, но и действия (алгоритмы), которые естественным образом задаются как обратные вызовы.

Применение

Концепция обратного вызова имеет много приложений. Например, некоторые алгоритмы (функции) в качестве подзадачи имеют задачу вычисления хеш-значения от строки. В аргументах при запуске алгоритма (функции) удобно задавать, какую именно функцию использовать для вычисления хеш-значений.

Другой пример алгоритма, которому естественно передавать в аргументе функцию, — алгоритм обхода какого-либо хранилища объектов с применением некоторого действия к каждому объекту. Обратный вызов может выступать в роли этого действия (алгоритма).

Техника программирования обратного вызова в языках программирования, подобных языку C , проста. При вызове основной функции ей просто передаётся указатель на функцию обратного вызова. Классическим примером является функция qsort из библиотеки stdlib . Эта функция позволяет отсортировать массив блоков байтов одинаковой длины. В качестве аргументов она получает адрес первого элемента массива, количество блоков в массиве, размер блока байтов, и указатель на функцию сравнения двух блоков байтов. Эта функция сравнения и есть функция обратного вызова в данном примере:

#include <stdlib.h>
// функция сравнения целых чисел по модулю
int compare_abs(const void *a, const void *b) {
   int a1 = *(int*)a;
   int b1 = *(int*)b;
   return abs(a1) - abs(b1);
}
int main() {
   int size = 10;
   int m[size] = {1, -3, 5, -100, 7, 33, 44, 67, -4, 0};
   // сортировка массива m по возрастанию модулей
   qsort(m, size, sizeof(int), compare_abs);
   return 0;
}

Об обратном вызове можно думать как о действии, передаваемом некоторой основной процедуре в качестве аргумента. И это действие может рассматриваться как:

подзадача и использоваться для обработки данных внутри этой процедуры;
«телефонная связь», используемая для того, чтобы «связываться» с тем, кто вызвал процедуру, при наступлении какого-то события ( англ. callback дословно переводится как «звонок обратно»).

Показанный выше пример как раз соответствует первому случаю. Случай, когда обратный вызов используется как «телефонная связь», отражает код, где задаётся функция обработки определённого сигнала:

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

volatile sig_atomic_t br = 1;

void sig(int signum)
{
        br=0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
        signal(SIGINT, sig);

        printf("Press break keyboard key combination to stop the program\n");

        while(br);
        
        printf("Received SIGINT, exit\n");

        return 0;
}

В некоторых языках программирования, таких как Common Lisp , Erlang , Scheme , Clojure , PHP , JavaScript , Perl , Python , Ruby и других, есть возможность конструировать анонимные (не именованные) функции и функции-замыкания прямо в выражении вызова основной функции, и эта возможность широко используется.

В технологии AJAX при выполнении асинхронного запроса к серверу необходимо указывать функцию обратного вызова, которая будет вызвана, как только придёт ответ на запрос. Часто эту функцию определяют «прямо на месте», не давая ей никакого определённого имени:

 new Ajax.Request('http://example.com/do_it',
 {
   method: 'post',
   onSuccess: function(transport) { // функция, вызываемая
      window.alert("Done!");        // при успешном выполнении запроса
   },                               // 

   onFailure: function() {          // функция, вызываемая
      window.alert("Error!");       // при ошибке выполнения запроса
   }
 });

Функция обратного вызова используется также в шаблоне проектирования « Наблюдатель » (Observer). Так, например, используя библиотеку Prototype , можно создать «наблюдателя», который следит за нажатиями на элемент с идентификатором "my_button" и при получении события пишет сообщение внутрь элемента "message_box" :

 Event.observe ($("my_button"), 'click', function() {
   $("message_box").innerHTML = "Вы нажали на кнопку!"
 });

Функция обратного вызова является альтернативой полиморфизму функций, а именно, позволяет создавать функции более общего назначения вместо того, чтобы создавать серию функций, одинаковых по структуре, но отличающихся лишь в отдельных местах исполняемыми подзадачами. Функции, принимающие в качестве аргументов другие функции или возвращающие функции в качестве результата, называют функциями высшего порядка . Техника обратного вызова играет важную роль для достижения повторного использования кода .

Зачем использовать функции обратного вызова

Для лучшего понимания причин использования обратного вызова рассмотрим простую задачу выполнения следующих операций над списком чисел: напечатать все числа, возвести все числа в квадрат, увеличить все числа на 1, обнулить все элементы. Ясно, что алгоритмы выполнения этих четырёх операций схожи — это цикл обхода всех элементов списка с некоторым действием в теле цикла, применяемый к каждому элементу. Это несложный код, и в принципе можно написать его 4 раза. Но давайте рассмотрим более сложный случай, когда список у нас хранится не в памяти, а на диске, и со списком могут работать несколько процессов одновременно и необходимо решать проблемы синхронизации доступа к элементам (несколько процессов могут выполнять разные задачи — удаления некоторых элементов из списка, добавления новых, изменение существующих элементов в списке). В этом случае задача обхода всех элементов списка будет довольно сложным кодом, который не хотелось бы копировать несколько раз. Правильнее создать функцию общего назначения для обхода элементов списка и дать возможность программистам абстрагироваться от того, как именно устроен алгоритм обхода и писать лишь функцию обратного вызова для обработки отдельного элемента списка.

Структурирование ПО

Структурирование программного обеспечения через функции обратного вызова — очень удобный и широко используемый подход, так как при этом поведение программы с неизменным (в том числе закрытым) кодом можно изменять в очень широких пределах. Это реализуется двумя путями — или «альтернативной реализацией» какой-либо функции, или «добавлением в цепочку вызовов» ещё одной функции.

Как правило, разработчик реализует через обратные вызовы не всю функциональность программы, а лишь ту, которую предполагается расширять или изменять плагинами . Для подключения плагинов предоставляется специальная процедура, которая и заменяет «стандартные» обратные функции от разработчика на альтернативные из плагина.

Самым известным примером такого подхода является операционная система Microsoft Windows , где функции обратного вызова именуются «handler» («обработчик»), и существует возможность вставить дополнительную процедуру между любыми двумя стандартными. Этот подход называется «перехват событий» и используется, например: антивирусами для проверки файлов, к которым производится обращение; вирусами для считывания вводимых с клавиатуры символов; сетевыми фильтрами для сбора статистики и блокирования пакетов.

В современных Unix и Linux системах существует возможность динамической загрузки и выгрузки модулей ядра, работа которых также основана на функциях обратного вызова. При этом существует модуль (расширение ядра) FUSE , который, в свою очередь, предоставляет возможность обычным пользовательским программам обслуживать (перехватывать) запросы к виртуальным файловым системам.

В программном обеспечении иногда встречается декомпозиция программ, полностью основанная на функциях обратного вызова, что несколько ухудшает читаемость кода, но даёт максимальные возможности для плагинов. Пример такого продукта — DokuWiki .

Достоинства и недостатки

Достоинства:

Возможность динамического изменения функциональности (подключения и отключения плагинов/модулей при работе программы).
Возможность неограниченного количества вариантов вызываемой функции без изменения базового (в данном контексте) кода.
Возможность вставки вызываемой функции не только для альтернативного поведения, но и в качестве ещё одной (промежуточной) подпрограммы — обычно для отслеживания операций или изменения параметров для следующей (вызываемой) функции. Таких независимых «дополнительных звеньев» в цепочке вызовов может быть сколько угодно.
Поддержка функций обратного вызова в большинстве современных языков программирования общего назначения.

Недостатки:

Уменьшение производительности, связанной с дополнительными вызовами «обратной функции», прямо пропорционально «стоимости вызова функции» в среде выполнения и количеству дополнительных вызовов при работе программы.
Ухудшение читаемости исходного кода — для понимания алгоритма программы необходимо отслеживать всю цепочку вызовов.