如何理解STM32HAL庫(kù)的回調(diào)函數(shù)，一文搞懂

這篇文章就來(lái)為你解答這些問題，讀完這篇文章后你的武器庫(kù)將新增一件功能強(qiáng)大的利器。

其實(shí)回調(diào)函數(shù)和普通函數(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別。首先讓我們來(lái)看看普通的函數(shù)調(diào)用，假設(shè)我們?cè)趂un函數(shù)中調(diào)用函數(shù)fun1：

void?fun(void?)?
{
???...
???fun1();
???...
}

想一想，你怎么知道可以調(diào)用func呢？哦，原來(lái)fun1是你自己定義的：

void?fun1(void?)?
{
??blablabla;
}

這很簡(jiǎn)單吧，現(xiàn)在假設(shè)你編寫的這段代碼無(wú)比之牛逼，全世界的程序員都無(wú)比瘋狂的想引入到自己的項(xiàng)目中，這時(shí)你會(huì)把A函數(shù)編寫成一個(gè)庫(kù)供全世界的碼農(nóng)使用。

但此時(shí)所有人都發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，那就是他們都想在fun函數(shù)中的某個(gè)特定點(diǎn)上執(zhí)行一段自己的代碼，作為這個(gè)庫(kù)的創(chuàng)作者你可能會(huì)這樣實(shí)現(xiàn)：

void?fun()?{
???...???
???if?(張三)?
???{
?????func1();
???}?else?if?(李四)?
???{
?????func2();
???}
???...
}

假設(shè)全世界有一千萬(wàn)碼農(nóng)，那你是不是要有一千萬(wàn)個(gè)if else。。。想想這樣的代碼就很刺激有沒有！

更好的辦法是什么呢？把函數(shù)也當(dāng)變量！你可以這樣定義fun函數(shù)：

void?fun?(fun1?f)?{
???...
???f();
???...
}

任何一個(gè)碼農(nóng)在調(diào)用你的fun函數(shù)時(shí)傳入一個(gè)函數(shù)變量，fun函數(shù)在合適的時(shí)機(jī)調(diào)用你傳入的函數(shù)變量，從而節(jié)省了一千萬(wàn)行代碼。為了讓這個(gè)過(guò)程更加難懂一些，這個(gè)函數(shù)變量起了一個(gè)無(wú)比難懂的稱呼：回調(diào)函數(shù)。

現(xiàn)在你應(yīng)該明白了回調(diào)函數(shù)是怎么一回事了吧，相比回調(diào)函數(shù)來(lái)說(shuō)我更愿意將其看做函數(shù)變量。

什么？你說(shuō)你還是不理解？那我下面這樣說(shuō)你明白了嗎？

回調(diào)函數(shù)

一般解釋：回調(diào)函數(shù)就是一個(gè)通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用的函數(shù)。如果你把函數(shù)的地址傳遞給中間函數(shù)的形參，中間函數(shù)通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用其所指向的函數(shù)時(shí)，我們就說(shuō)這是回調(diào)函數(shù)。

通俗解釋：函數(shù)Fun1調(diào)用函數(shù)Fun2，同時(shí)將函數(shù)Fun3作為形參傳遞給Fun2，此時(shí)，Fun1為應(yīng)用層函數(shù)，Fun2為中間層函數(shù)，Fun3為回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)是一種說(shuō)法而已。

fun1()
{
fun2(fun3);
}

意義何在：

1. 利于代碼結(jié)構(gòu)，將代碼分為應(yīng)用層，中間層，硬件驅(qū)動(dòng)層，彼此獨(dú)立，方便程序的編輯，閱讀，修改與移植；

2. 結(jié)構(gòu)化編程時(shí)，結(jié)構(gòu)體只需要定義中間函數(shù)，減小內(nèi)存的開銷。

為什么不在Fun2里面直接調(diào)用Fun3：

Fun1()
{
?Fun2()
?{
??Fun3_1();
??Fun3_2();
?}
}

通過(guò)函數(shù)指針的好處是，Fun2與Fun3實(shí)現(xiàn)隔離，比如Fun3具有多個(gè)功能函數(shù)，增加或減少時(shí)，不需要修改Fun2的代碼。

這會(huì)應(yīng)該明白了吧？什么還是不太清楚，那下面就來(lái)詳細(xì)說(shuō)一說(shuō)回調(diào)函數(shù)的吧！

一切要從這樣的需求說(shuō)起

假設(shè)你們公司要開發(fā)下一代國(guó)民App明日油條，一款主打解決國(guó)民早餐問題的App，為了加快開發(fā)進(jìn)度，這款應(yīng)用由A小組和B小組協(xié)同開發(fā)。

其中有一個(gè)核心模塊由A小組開發(fā)然后供B小組調(diào)用，這個(gè)核心模塊被封裝成了一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就叫make_youtiao()。

如果make_youtiao()這個(gè)函數(shù)執(zhí)行的很快并可以立即返回，那么B小組的同學(xué)只需要：

1. 調(diào)用make_youtiao()
2. 等待該函數(shù)執(zhí)行完成
3. 該函數(shù)執(zhí)行完后繼續(xù)后續(xù)流程

從程序執(zhí)行的角度看這個(gè)過(guò)程是這樣的：

4. 保存當(dāng)前被執(zhí)行函數(shù)的上下文
5. 開始執(zhí)行make_youtiao()這個(gè)函數(shù)
6. make_youtiao()執(zhí)行完后，控制轉(zhuǎn)回到調(diào)用函數(shù)中

如果世界上所有的函數(shù)都像make_youtiao()這么簡(jiǎn)單，那么程序員大概率就要失業(yè)了，還好程序的世界是復(fù)雜的，這樣程序員才有了存在的價(jià)值。

現(xiàn)實(shí)并不容易

現(xiàn)實(shí)中make_youtiao()這個(gè)函數(shù)需要處理的數(shù)據(jù)非常龐大，假設(shè)有10000個(gè)，那么make_youtiao(10000)不會(huì)立刻返回，而是可能需要10分鐘才執(zhí)行完成并返回。

這時(shí)你該怎么辦呢？想一想這個(gè)問題。

可能有的同學(xué)會(huì)問，和剛才一樣直接調(diào)用不可以嗎，這樣多簡(jiǎn)單。

是的，這樣做沒有問題，但就像愛因斯坦說(shuō)的那樣“一切都應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)單，但是不能過(guò)于簡(jiǎn)單”。

想一想直接調(diào)用會(huì)有什么問題？

顯然直接調(diào)用的話，那么調(diào)用線程會(huì)被阻塞暫停，在等待10分鐘后才能繼續(xù)運(yùn)行。在這10分鐘內(nèi)該線程不會(huì)被操作系統(tǒng)分配CPU，也就是說(shuō)該線程得不到任何推進(jìn)。

這并不是一種高效的做法。

沒有一個(gè)程序員想死盯著屏幕10分鐘后才能得到結(jié)果。

那么有沒有一種更加高效的做法呢？

我們知道了這種一直等待直到另一個(gè)任務(wù)完成的模式叫做同步。

如果你是老板的話你會(huì)什么都不干一直盯著員工寫代碼嗎？因此一種更好的做法是程序員在代碼的時(shí)候老板該干啥干啥，程序員寫完后自然會(huì)通知老板，這樣老板和程序員都不需要相互等待，這種模式被稱為異步。

回到我們的主題，這里一種更好的方式是調(diào)用make_youtiao()這個(gè)函數(shù)后不再等待這個(gè)函數(shù)執(zhí)行完成，而是直接返回繼續(xù)后續(xù)流程，這樣A小組的程序就可以和make_youtiao()這個(gè)函數(shù)同時(shí)進(jìn)行了，就像這樣：

在這種情況下，回調(diào)(callback)就必須出場(chǎng)了。

為什么我們需要回調(diào)callback

有的同學(xué)可能還沒有明白為什么在這種情況下需要回調(diào)，別著急，我們慢慢講。假設(shè)我們明日油條App代碼第一版是這樣寫的：

make_youtiao(10000);
sell();

可以看到這是最簡(jiǎn)單的寫法，意思很簡(jiǎn)單，制作好油條后賣出去。

我們已經(jīng)知道了由于make_youtiao(10000)這個(gè)函數(shù)10分鐘才能返回，你不想一直死盯著屏幕10分鐘等待結(jié)果，那么一種更好的方法是讓make_youtiao()這個(gè)函數(shù)知道制作完油條后該干什么，即，更好的調(diào)用make_youtiao的方式是這樣的：“制作10000個(gè)油條，炸好后賣出去”，因此調(diào)用make_youtiao就變出這樣了：

make_youtiao(10000,?sell);

看到了吧，現(xiàn)在make_youtiao這個(gè)函數(shù)多了一個(gè)參數(shù)，除了指定制作油條的數(shù)量外還可以指定制作好后該干什么，第二個(gè)被make_youtiao這個(gè)函數(shù)調(diào)用的函數(shù)就叫回調(diào)，callback。

現(xiàn)在你應(yīng)該看出來(lái)了吧，雖然sell函數(shù)是你定義的，但是這個(gè)函數(shù)卻是被其它模塊調(diào)用執(zhí)行的，就像這樣：

make_youtiao這個(gè)函數(shù)是怎么實(shí)現(xiàn)的呢，很簡(jiǎn)單：

//make_youtiao這個(gè)函數(shù)是怎么實(shí)現(xiàn)的呢，很簡(jiǎn)單：
void?make_youtiao(int?num,?func?call_back)?
{
????//?制作油條
????call_back();?//執(zhí)行回調(diào)?
}

這樣你就不用死盯著屏幕了，因?yàn)槟惆?code style="font-size: 14px;word-wrap: break-word;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin: 0 2px;background-color: rgba(27,31,35,.05);font-family: Operator Mono, Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;color: rgb(271,93,108);">make_youtiao這個(gè)函數(shù)執(zhí)行完后該做的任務(wù)交代給make_youtiao這個(gè)函數(shù)了，該函數(shù)制作完油條后知道該干些什么，這樣就解放了你的程序。

有的同學(xué)可能還是有疑問，為什么編寫make_youtiao這個(gè)小組不直接定義sell函數(shù)然后調(diào)用呢？

不要忘了明日油條這個(gè)App是由A小組和B小組同時(shí)開發(fā)的，A小組在編寫make_youtiao時(shí)怎么知道B小組要怎么用這個(gè)模塊，假設(shè)A小組真的自己定義sell函數(shù)就會(huì)這樣寫：

void?make_youtiao(int?num)
?{
????real_make_youtiao(num);
????sell();?//執(zhí)行回調(diào)?
}

同時(shí)A小組設(shè)計(jì)的模塊非常好用，這時(shí)C小組也想用這個(gè)模塊，然而C小組的需求是制作完油條后放到倉(cāng)庫(kù)而不是不是直接賣掉，要滿足這一需求那么A小組該怎么寫呢？

void?make_youtiao(int?num)?{
????real_make_youtiao(num);
????
????if?(Team_B)?{
???????sell();?//?執(zhí)行回調(diào)
????}?else?if?(Team_D)?{
???????store();?//?放到倉(cāng)庫(kù)
????}
}

故事還沒完，假設(shè)這時(shí)D小組又想使用呢，難道還要接著添加if else嗎？這樣的話A小組的同學(xué)只需要維護(hù)make_youtiao這個(gè)函數(shù)就能做到工作量飽滿了，顯然這是一種非常糟糕的設(shè)計(jì)。

所以你會(huì)看到，制作完油條后接下來(lái)該做什么不是實(shí)現(xiàn)make_youtiao的A小組該關(guān)心的事情，很明顯只有調(diào)用make_youtiao這個(gè)函數(shù)的使用方才知道。

因此make_youtiao的A小組完全可以通過(guò)回調(diào)函數(shù)將接下來(lái)該干什么交給調(diào)用方實(shí)現(xiàn)，A小組的同學(xué)只需要針對(duì)回調(diào)函數(shù)這一抽象概念進(jìn)行編程就好了，這樣調(diào)用方在制作完油條后不管是賣掉、放到庫(kù)存還是自己吃掉等等想做什么都可以，A小組的make_youtiao函數(shù)根本不用做任何改動(dòng)，因?yàn)锳小組是針對(duì)回調(diào)函數(shù)這一抽象概念來(lái)編程的。

以上就是回調(diào)函數(shù)的作用，當(dāng)然這也是針對(duì)抽象而不是具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行編程這一思想的威力所在。面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài)本質(zhì)上就是讓你用來(lái)針對(duì)抽象而不是針對(duì)實(shí)現(xiàn)來(lái)編程的。

正式定義

“

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，回調(diào)函數(shù)是指一段以參數(shù)的形式傳遞給其它代碼的可執(zhí)行代碼。這就是回調(diào)函數(shù)的定義了。

”

回調(diào)函數(shù)就是一個(gè)函數(shù)，和其它函數(shù)沒有任何區(qū)別。

注意，回調(diào)函數(shù)是一種軟件設(shè)計(jì)上的概念，和某個(gè)編程語(yǔ)言沒有關(guān)系，幾乎所有的編程語(yǔ)言都能實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)。

對(duì)于一般的函數(shù)來(lái)說(shuō)，我們自己編寫的函數(shù)會(huì)在自己的程序內(nèi)部調(diào)用，也就是說(shuō)函數(shù)的編寫方是我們自己，調(diào)用方也是我們自己。

但回調(diào)函數(shù)不是這樣的，雖然函數(shù)編寫方是我們自己，但是函數(shù)調(diào)用方不是我們，而是我們引用的其它模塊，也就是第三方庫(kù)，我們調(diào)用第三方庫(kù)中的函數(shù)，并把回調(diào)函數(shù)傳遞給第三方庫(kù)，第三方庫(kù)中的函數(shù)調(diào)用我們編寫的回調(diào)函數(shù)，如圖所示：

定節(jié)點(diǎn)，比如我們舉的例子油條制作完成、接收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、文件讀取完成等之后該做什么，這些只有庫(kù)的使用方才知道，因此第三方庫(kù)的編寫者無(wú)法針對(duì)具體的實(shí)現(xiàn)來(lái)寫代碼，而只能對(duì)外提供一個(gè)回調(diào)函數(shù)，庫(kù)的使用方來(lái)實(shí)現(xiàn)該函數(shù)，第三方庫(kù)在特定的節(jié)點(diǎn)調(diào)用該回調(diào)函數(shù)就可以了。

另一點(diǎn)值得注意的是，從圖中我們可以看出回調(diào)函數(shù)和我們的主程序位于同一層中，我們只負(fù)責(zé)編寫該回調(diào)函數(shù)，但并不是我們來(lái)調(diào)用的。

最后值得注意的一點(diǎn)就是回調(diào)函數(shù)被調(diào)用的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，回調(diào)函數(shù)只在某些特定的節(jié)點(diǎn)被調(diào)用，就像上面說(shuō)的油條制作完成、接收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、文件讀取完成等，這些都是事件，也就是event，本質(zhì)上我們編寫的回調(diào)函數(shù)就是用來(lái)處理event的，因此從這個(gè)角度看回調(diào)函數(shù)不過(guò)就是event handler，因此回調(diào)函數(shù)天然適用于事件驅(qū)動(dòng)編程event-driven。

在HAL庫(kù)中我們的中斷服務(wù)函數(shù)里我們不需要清楚中斷標(biāo)志位。在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中，串口中斷了以后，我們要先在中斷中判斷是否是接收中斷，然后讀出數(shù)據(jù)，順便清除中斷標(biāo)志位，然后再是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，這樣如果我們?cè)谝粋€(gè)中斷函數(shù)中寫這么多代碼，就會(huì)顯得很混亂：

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)寫法

//中斷服務(wù)程序
void?TIM3_IRQHandler(void)
{
?if?(TIM_GetITStatus(TIM3,?TIM_IT_Update)?!=?RESET)?
??{
??TIM_ClearITPendingBit(TIM3,?TIM_IT_Update??);??
??LED1=!LED1;
??}
}

HAL庫(kù)回調(diào)函數(shù)寫法

//中斷服務(wù)函數(shù)
void?TIM3_IRQHandler(void)
{
????HAL_TIM_IRQHandler(&TIM3_Handler);
}

//回調(diào)函數(shù)
void?HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef?*htim)
{
????if(htim==(&TIM3_Handler))
????{
????????LED1=!LED1;?
????}
}

現(xiàn)在應(yīng)該明白回調(diào)函數(shù)是什么了吧！