函數指針與軟件設計

2019-11-17 05:25:59

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供稿：網友

記得剛開始工作時，一位高手告訴我，說，longjmp和setjmp玩得不熟，就不要自稱為C語言高手。當時我半信半疑，為了讓自己向高手方向邁進，還是花了一點時間去學習longjmp和setjmp的用法。后來明白那不單是跳來跳去那樣簡單，而是一種高級的異常處理機制，在某些情況下確實很有用。為了顯示自己的技巧，也在自己的程序中用過幾次。漸漸發現這樣的技巧帶來的好處是有代價的，破壞了程序的結構化設計，程序變得很難讀，尤其對新手來說。終于明白這種技巧不過是一種調味料，在少數情況使用幾次，可以簡化對問題的處理。假如把調味拿來當飯吃，一定會本末倒置，寫出的程序會呈現營養不良之狀。事實上，longjmp和setjmp玩得熟不熟與是不是C語言高手，不是因果關系。但是，假如可以套用那位高手的話，我倒想說假如函數指針玩得不熟，就不要自稱為C語言高手。為什么這么說呢，函數指針有那么復雜嗎？當然不是，任何一個稍有編程常識的人，不管他懂不懂C語言，在10分鐘內，我想他一定可以明白C語言中的函數指針是怎么回事。原因在于，難的不是函數指針的概念和語法本身，而是在什么時候，什么地方該使用它。函數指針不僅是語法上的問題，更重要的是它是一個設計范疇。真正的高手當然不單應該懂得語法層面上的技巧，更應該懂得設計上的方法。不懂設計，能算高手嗎？懷疑我在夸大其辭嗎？那我們先看看函數指針與哪些設計方法有關：與分層設計有關。分層設計早就不是什么新的概念，分層的好處是眾所周知的，比較明顯好處就是簡化復雜度、隔離變化。采用分層設計，每層都只需關心自己的東西，這減小了系統的復雜度，層與層之間的交互僅限于一個很窄的接口，只要接口不變，某一層的變化不會影響其它層，這隔離了變化。分層的一般原則是，上層可以直接調用下層的函數，下層則不能直接調用上層的函數。這句話說來簡單，在現實中，下層經常要反過來調用上層的函數。比如你在拷貝文件時，在界面層調用一個拷貝文件函數。界面層是上層，拷貝文件函數是下層，上層調用下層，理所當然。但是假如你想在拷貝文件時還要更新進度條，問題就來了。一方面，只有拷貝文件函數才知道拷貝的進度，但它不能去更新界面的進度條。另外一方面，界面知道如何去更新進度條，但它又不知道拷貝的進度。怎么辦？常見的做法，就是界面設置一個回調函數給拷貝文件函數，拷貝文件函數在適當的時候調用這個回調函數來通知界面更新狀態。與抽象有關。抽象是面向對象中最重要的概念之一，也是面向對象威力強大之處。面向對象只是一種思想，大家都知道，用C語言一樣可以實現面向對象的編程。這可不是為了趕時髦，而是一種實用的方法。假如你對此表示懷疑，可以去看看GTK+、linux kernel等開源代碼。接口是最高級的抽象。在linux kernel里面，接口的概念無處不在，像虛擬文件系統(VFS)，它定義一個文件系統的接口，只要按照這種接口的規范，你可以自己開發一個文件系統掛上去。設備驅動程序更是如此，不同的設備驅動程序有自己一套不同的接口規范。在自己開發設備開發驅動程序時，只要遵循相應的接口規范就行了。接口在C語言中如何表示？很簡單，就是一組函數指針。與接口與實現分開有關。針對接口編程，而不是針對實現編程，此為《設計模式》的第一條設計準則。分開接口與實現的目標是要隔離變化。軟件是變化的，假如不能把變化的東西隔離開來，導致牽一發而動全身，代價是巨大的。這是大家所不愿看到的。C語言既然可以實現面向對象的編程，自然可以利用設計模式來分離接口與實現。像橋接模式、策略模式、狀態模式、代理模式等等，在C語言中，無一不需要利用函數指針來實現。與松耦合原則有關。面向過程與面向對象相比，之所以顯得蒼白無力，原因之一就是它不像面向對象一樣，可以直觀的把現實模型映射到計算機中。面向過程講的是層層控制，而面向對象更強調的對象間的分工合作?，F實世界中的對象處于層次關系的較少，處于對等關系的居多。也就是說，對象間的交互往往是雙向的。這會加強對象間的耦合性。
耦合本身沒有錯，實際上耦合是必不可少的，沒有耦合就沒有協作，對象之間無法形成一個整體，什么事也做不了。要害在于耦合要恰當，在實現預定功能的前提下，耦合要盡可能的松散。這樣，系統的一部分變化對其它部分的影響會很少。函數指針是解耦對象關系的最佳利器。Signal(如boost的signal和glib中的signal)機制是一個典型的例子，一個對象自身的狀態可能是在變化的（或者會觸發一些事件），而其它對象關心它的變化。一旦該對象有變化發生，其它對象要執行相應的操作。假如該對象直接去調用其它對象的函數，功能是完成了，但對象之間的耦合太緊了。如何把這種耦合降到最低呢，signal機制是很好的辦法。它的原理大致如下：其它關注該對象變化的對象主動注冊一個回調函數到該對象中。一旦該對象有變化發生，就調用這些回調函數通知其它對象。功能同樣實現了，但它們之間的耦合度降低了。在C語言中，要解決以上這些問題，不采用函數指針，將是非常困難的。在編程中，假如你從沒有想到用函數指針，很難想像你是一個C語言高手。

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