VisualBasic變態用法之函數指針

2019-11-18 17:54:50

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一、函數指針

　　AddressOf得到一個VB內部的函數指針，我們可以將這個函數指針傳遞給需要回調這個函數的API，它的作用就是讓外部的程序可以調用VB內部的函數。

　　但是VB里函數指針的應用，遠不象C里應用那么廣泛，因為VB文檔里僅介紹了如何將函數指針傳遞給API以實現回調，并沒指出函數指針諸多神奇的功能，因為VB是不鼓勵使用指針的，函數指針也不例外。

　　首先讓我們對函數指針的使用方式來分個類。

　　1、回調。這是最基本也是最重要的功能。比如VB文檔里介紹過的子類派生技術，它的核心就是兩個API：SetWindowLong和CallWindow
　　函數指針的使用不外乎上面四種方式。但在實際使用中卻是靈活多變的。比如在C 里繼承和多態，在COM里的接口，都是一種叫vTable的函數指針表的巧妙應用。使用函數指針，可以使程序的處理方式更加高效、靈活。

　　VB文檔里除了介紹過第一方式外，對其它方式都沒有介紹，并且還明確指出不支持“Basic到Basic”的函數指針（也就是上面說的第二種方式），實際上，通過一定的HACK，上面四種方式均可以實現。今天，我們就來看看如何來實現第二種方式，因為實現它相對來說比較簡單，我們先從簡單的入手。至于如何在VB內調用外部的函數指針，如何在VB里通過處理vTable接口函數指針跳轉表來實現各種函數指針的巧妙應用，由于這將涉及COM內部原理，我將另文詳述。

　　其實VB的文檔并沒有說錯，VB的確不支持“Basic到Basic”的函數指針，但是我們可以繞個彎子來實現，那就是先從"Basic到API"，然后再用第一種方式"外部調用內部的函數指針"來從"API到BASIC"，這樣就達到了第二種方式從"Basic到Basic"的目的，這種技術我們可以稱之為"強制回調"，只有VB里才會有這種古怪的技術。

　　說得有點繞口，但是仔細想想窗口子類派生技術里CallWindowProc，我們可以用CallWindowProc來強制外部的操作系統調用我們原來的保存的窗口函數指針，同樣我們也完全可以用它來強制調用我們內部的函數指針。

　　呵呵，前面說過要少講原理多講招式，現在我們就來開始學習招式吧！

　　考慮我們在VB里來實現和C里一樣支持多關鍵字比較的qsort。完整的源代碼見本文配套代碼，此處僅給出函數指針應用相關的代碼。

->'當然少不了的CopyMemory，不用ANY的版本。
DeclareSubCopyMemoryLib"kernel32"Alias_
"RtlMoveMemory"(ByValdestAsLong,ByValsourceAsLong,_
ByValnumBytesAsLong)

'嘿嘿，看下面是如何將CallWindowProc的聲明做成Compare聲明的。
DeclareFunctionCompareLib"user32"Alias_
"CallWindowProcA"(ByValpfnCompareAsLong,ByValpElem1AsLong,_
ByValpElem2AsLong,ByValunused1AsLong,_
ByValunused2AsLong)AsInteger
'注：ByValxxxxxAsLong，還記得吧！這是標準的指針聲明方法。

'聲明需要比較的數組元素的結構
PublicTypeTEmployee
　NameAsString
　SalaryAsCurrency
EndType

'再來看看我們的比較函數
'先按薪水比較，再按姓名比較
FunctionCompareSalaryName(Elem1AsTEmployee,_
　　　　　Elem2AsTEmployee,_
　　　　　unused1AsLong,_
　　　　　unused2AsLong)AsInteger
　DimRetAsInteger
　Ret=Sgn(Elem1.Salary-Elem2.Salary)
　IfRet=0Then
　　Ret=StrComp(Elem1.Name,Elem2.Name,vbTextCompare)
　EndIf
　CompareSalaryName=Ret
EndFunction

'先按姓名比較，再按薪水比較
FunctionCompareNameSalary(Elem1AsTEmployee,_
　　　　　Elem2AsTEmployee,_
　　　　　unused1AsLong,_
　　　　　unused2AsLong)AsInteger
　DimRetAsInteger
　Ret=StrComp(Elem1.Name,Elem2.Name,vbTextCompare)
　IfRet=0Then
　　Ret=Sgn(Elem1.Salary-Elem2.Salary)
　EndIf
　CompareNameSalary=Ret
EndFunction->

　　最后再看看我們來看看我們最終的qsort的聲明。

->Subqsort(ByValArrayPtrAsLong,ByValnCountAsLong,_
ByValnElemSizeAsInteger,ByValpfnCompareAsLong)->

　　上面的ArrayPtr是需要排序數組的第一個元素的指針，nCount是數組的元素個數，nElemSize是每個元素大小，pfnCompare就是我們的比較函數指針。這個聲明和C庫函數里的qsort是極為相似的。

　　和C一樣，我們完全可以將Basic的函數指針傳遞給Basic的qsort函數。

　　使用方式如下：

->DimEmployees(1To10000)AsTEmployee
'假設下面的調用對Employees數組進行了賦值初始化。
CallInitArray()
'現在就可以調用我們的qsort來進行排序了。
Callqsort(VarPtr(Employees(1)),UBound(Employees),_
LenB(Employees(1)),AddressOfCompareSalaryName)
'或者先按姓名排，再按薪水排
Callqsort(VarPtr(Employees(1)),UBound(Employees),_
LenB(Employees(1)),AddressOfCompareNameSalary)->

　　聰明的朋友們，你們是不是已經看出這里的奧妙了呢？作為一個測驗，你能現在就給出在qsort里使用函數指針的方法嗎？比如現在我們要通過調用函數指針來比較數組的第i個元素和第j個元素的大小。

　　沒錯，當然要使用前面聲明的Compare（其實就是CallWindowProc）這個API來進行強制回調。

　　具體的實現如下：

->Subqsort(ByValArrayPtrAsLong,ByValnCountAsLong,_
ByValnElemSizeAsInteger,ByValpfnCompareAsLong)
　DimiAsLong,jAsLong
　'這里省略快速排序算法的具體實現，僅給出比較兩個元素的方法。
　IfCompare(pfnCompare,ArrayPtr (i-1)*nElemSize,_
　　　ArrayPtr (j-1)*nElemSize,0,0)>0Then
　　　'如果第i個元素比第j個元素大則用CopyMemory來交換這兩個元素。
　EndIF
EndSub->

　　招式介紹完了，明白了嗎？我再來簡單地講解一下上面Compare的意思，它非常巧妙地利用了CallWindowProc這個API。這個API需要五個參數，第一個參數就是一個普通的函數指針，這個API能夠強馬上回調這個函數指針，并將這個API的后四個Long型的參數傳遞給這個函數指針所指向的函數。這就是為什么我們的比較函數必須要有四個參數的原因，因為CallWindowProc這個API要求傳遞給的函數指針必須符合WndProc函數原形，WndProc的原形如下：

->LRESULT(CALLBACK*WNDPROC)(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);->

　　上面的LRESULT、HWND、UINT、WPARAM、LPARAM都可以對應于VB里的Long型，這真是太好了，因為Long型可以用來作指針嘛！

　　再來看看工作流程，當我們用AddressOfCompareSalaryName做為函數指針參數來調用qsort時，qsort的形參pfnCompare被賦值成了實參CompareSalaryName的函數指針。這時，調用Compare來強制回調pfnCompare，就相當于調用了如下的VB語句：

->CallCompareSalaryName(ArrayPtr (i-1)*nElemSize,_
ArrayPtr (j-1)*nElemSize,0,0)->

　　這不會引起參數類型不符錯誤嗎？CompareSalaryName的前兩個參數不是TEmployee類型嗎？的確，在VB里這樣調用是不行的，因為VB的類型檢查不會允許這樣的調用。但是，實際上這個調用是API進行的回調，而VB不可能去檢查API回調的函數的參數類型是一個普通的Long數值類型還是一個結構指針，所以也可以說我們繞過了VB對函數參數的類型檢查，我們可以將這個Long型參數聲明成任何類型的指針，我們聲明成什么，VB就認為是什么。所以，我們要小心地使用這種技術，如上面最終會傳遞給CompareSalaryName函數的參數"ArrayPtr (i-1)*nElemSize"只不過是一個地址，VB不會對這個地址進行檢查，它總是將這個地址當做一個TEmployee類型的指針，如果不小心用成了"ArrayPtr i*nElemSize"，那么當i是最后一個元素時，我們就會引起內存越權訪問錯誤，所以我們要和在C里處理指針一樣注意邊界問題。

　　函數指針的巧妙應用這里已經可見一斑了，但是這里介紹的方法還有很大的局限性，我們的函數必須要有四個參數，更干凈的做法還是在VC或Delphi里寫一個DLL，做出更加符合要求的API來實現和CallWindowProc相似的功能。我跟蹤過CallWindowProc的內部實現，它要做許多和窗口消息相關的工作，這些工作在我們這個應用中是多余的。其實實現強制回調API只需要將后幾個參數壓棧，再call第一個參數就行了，不過幾條匯編指令而已。

　　正是因為CallWindowProc的局限性，我們不能夠用它來調用外部的函數指針，以實現上面說的第三種函數指針調用方式。要實現第三種方式，MattCurland大師提供了一個噩夢一般的HACK方式，我們要在VB里憑空構造一個IUnknown接口，在IUnknown接口的vTable原有的三個入口后再加入一個新入口，在新入口里插入機器代碼，這個機器代碼要處理掉this指針，最后才能調用到我們給的函數指針，這個函數指針無論是內部的還是外部的都一樣沒問題。在我們深入討論COM內部原理時我會再來談這個方法。

　　另外，排序算法是個見仁見智的問題，我本來想，在本文提供一個最通用性能最好的算法，這種想法雖好，但是不可能有在任何情況下都“最好”的算法。本文提供的用各種指針技術來實現的快速排序方法，應該比用對象技術來實現同樣功能快不少，內存占用也少得多。可是就是這個已經經過了我不少優化的快速排序算法，還是比不了ShellSort，因為ShellSort實現上簡單。從算法的理論上來講qsort應該比ShellSort平均性能好，但是在VB里這不一定（可見本文配套代碼，里面也提供了VBPJ一篇專欄的配套代碼ShellSort，非常得棒，本文的思想就取自這個ShellSort）。

　　但是應當指出無論是這里的快速排序還是ShellSort，都還可以大大改進，因為它們在實現上需要大量使用CopyMemroy來拷貝數據（這是VB里使用指針的缺點之一）。其實，我們還有更好的方法，那就是Hack一下VB的數組結構，也就是COM自動化里的SafeArray，我們可以一次性的將SafeArray里的各個數組元素的指針放到一個long型數組里，我們無需CopyMemroy，我們僅需交換Long型數組里的元素就可以達到實時地交換SafeArray數組元素指針的目的，數據并沒有移動，移動的僅僅是指針，可以想象這有快多。
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