Callback Lucky – come funzionano le Callback in C (e C++)

C

Callback Lucky
Come funzionano le Callback in C (e C++)

Jimmy Logan: Noi abbiamo bisogno di un mago del computer.
Fish Bang: So tutto quello che c'è da sapere sui computer, okay? Tutti i Twitters, io li conosco.

Nel bel Logan Lucky c’è un momento di Metacinema in cui si cita il titolo di un altro film (diciamo) della stessa famiglia, e cioè Ocean’s Eleven. Ecco, per fare un parallelo, le callback sono il Metacinema del C, perché lavorano in un universo parallelo, quello in cui si usa (si cita) una cosa che funziona e basta, il come importa fino a un certo punto. Orbene: è giunto il momento di squarciare il velo di mistero sulle callback

…ragazzi, vi è chiaro ora come funzionano le callback?…

Cominciamo: è evidente che le le funzioni callback sono un argomento un po’ particolare fin dall’origine. Perché particolare? Beh, tanto per cominciare, sulla bibbia del C (il K&R) non se ne parla mai, per cui un C-ista radicale potrebbe anche affermare che “le callback non esistono!“. In realtà nel K&R si parla ampliamene degli zii delle callback, e cioè i puntatori a funzione (di cui le callback sono un caso particolare): quindi le callback esistono.

Non ho intenzione di scrivere un trattato di uso delle callback (sento già i vostri sospiri di sollievo), né di spiegare come, quando, perché e (soprattutto) se usarle: in rete ci sono molte fonti interessanti e ben scritte. Eventualmente sarebbe una buona cosa scrivere un post sugli zii, ma, visto l’argomento ostico e il probabile mal di stomaco che mi verrebbe durante la scrittura, lo rimando a data futura (tanto per intenderci: perfino Kernighan & Ritchie parlando dei Pointers to Functions hanno intitolato il capitolo 5.12 del K&R “Complicated Declarations“, e se erano complicate per loro due…).

Di cosa parleremo allora? Beh, io (come molti altri, immagino) ho usato varie volte le callback e ho letto codice che le usava (codice che era, il più delle volte, illeggibile e di difficile interpretazione, in rapporto direttamente proporzionale alla frequenza d’uso delle callback, sigh). Ebbene, fino al giorno in cui ho scritto una implementazione completa (e cioè ho scritto, oltre alla callback, anche la funzione a cui passarla) non mi sono reso conto di alcuni dettagli nascosti. Ovviamente, se per voi le callback non hanno dettagli nascosti, potete saltare la lettura del seguito e arrivederci al prossimo post.

Siete ancora qua? Ok, prima di cominciare vediamo una definizione delle callback presa pari pari dalla Wikipedia: “una funzione che viene richiamata da un’altra funzione” e aggiungo io: “e, spesso e/o normalmente, la funzione chiamante è una funzione di libreria“. L’esempio più classico e familiare che si cita in letteratura è relativo all’uso della qsort():

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// funzione callback di comparazione per la qsort()
static int cbCmpFunc(const void *elem_a, const void *elem_b)
{
    // ritorno il risultato della comparazione
    return *(int*)elem_a > *(int*)elem_b;
}

// funzione main
int main(void)
{
    int array[] = {34,12,32,9,10,72,82,23,14,7,94};
    int nelems = sizeof(array) / sizeof(int);

    // eseguo sort array con qsort()
    qsort(array, nelems, sizeof(int), cbCmpFunc);

    // mostro i risultati
    int i;
    for (i = 0; i < nelems; i++)
        printf("%d - ", array[i]);

    printf("\n");

    // esco
    return 0;
}

La qsort() è una funzione della libc che implementa l’algoritmo di ordinamento quicksort, e necessita di una funzione di callback che gli specifichi il tipo di ordinamento voluto. Siamo, quindi, in un caso classico: qsort() è una funzione di libreria, e noi, localmente, la usiamo passandogli una callback che, nel nostro esempio, serve per ordinare in modo ascendente i numeri dell’array.

E ora veniamo al dunque: in un altra epoca, quando non era facile come ora reperire documentazione ed esempi, mi era capitato di leggere e scrivere codice come quello mostrato sopra e mi domandavo (magari solo inconsciamente): “ma da dove saltano fuori i due parametri elem_a e elem_b della cbCmpFunc()?” e ancora: “Se io chiamo la callback e non gli passo esplicitamente parametri, come funziona il tutto?” Beh, come scoprii dopo, stavo ragionando rovesciando il rapporto causa-effetto: non ero io che chiamavo la callback, era la qsort() che la chiamava! Ok, mi vergogno un po’ a raccontare una scoperta così lapalissiana, ma, effettivamente, lo compresi a fondo solo il giorno in cui ebbi la necessità di scrivere una funzione di libreria che usava una callback. Certo, ora con tutte le informazioni in rete è molto più facile…

Quindi, per chiarire, vediamo un esempio completo (N.B. l’esempio si potrebbe scrivere tutto in un file, ma, come evidenziato negli opportuni commenti, dovrebbe essere diviso su tre file in un progetto reale):

#include <stdio.h>

/* parte che dovrebbe essere nel file mysort.h
*/
// prototipi per mySort()
typedef int (*mycallback)(int, int);
void mySort(int *array, int nelems, mycallback cmpFunc);

/* parte che dovrebbe essere nel file mysort.c
 */
// mySort() - funzione di sort che usa l'algoritmo bubblesort
void mySort(int *array, int nelems, mycallback cmpFunc)
{
    // loop su tutti gli elementi di array
    while (nelems > 0) {
        // loop interno con lunghezza calante
        int i;
        for (i = 0; i < (nelems - 1); i++) {
            // eseguo callback di comparazione
            if (cmpFunc(array[i], array[i + 1])) {
                // eseguo swap di array[i] e array[i+1]
                int temp = array[i];
                array[i] = array[i + 1];
                array[i + 1] = temp;
            }
        }

        // decremento nelems
        nelems--;
    }
}

/* parte che dovrebbe essere nel file mymain.c
*/
// cbCmpFunc() - funzione di comparazione
static int cbCmpFunc(int elem_a, int elem_b)
{
    // ritorno il risultato della comparazione
    return elem_a > elem_b;
}

// funzione main
int main(void)
{
    int array[] = {34,12,32,9,10,72,82,23,14,7,94};
    int nelems = sizeof(array) / sizeof(int);

    // eseguo sort array
    mySort(array, nelems, cbCmpFunc);

    // mostro i risultati
    int i;
    for (i = 0; i < nelems; i++)
        printf("%d - ", array[i]);

    printf("\n");

    // esco
    return 0;
}

Come vedete è molto simile all’esempio della qsort(), però, invece di usare una funzione della libc, usa una funzione di ordinamento scritta ad-hoc, la mySort(). Per quest’esempio ho usato, per non complicare troppo il codice, un algoritmo di tipo bubblesort, che è (lo so) un po’ una schifezza, ma per fare un test semplice basta e avanza. Come noterete è la mySort() che si occupa di scrivere gli argomenti per la callback, processando opportunamente gli altri parametri che le vengono passati (array e nelems), e così, magicamente, appaiono dei valori in elem_a ed elem_b.

E visto che vogliamo abbondare (ma si, Punto! Due punti!… ma sì, fai vedere che abbondiamo… Abbondandis in abbondandum…) vi propongo un piccolo (e utile) trucco: supponiamo di avere bisogno di passare un altro parametro alla callback, un parametro esterno disponibile solo a livello della chiamata base, e che la mysort() non può generare internamente.

Come possiamo fare? Vediamo subito il nuovo codice (presentato come un blocco unico, ma, di nuovo, da dividere su tre file):

#include <stdio.h>

/* parte che dovrebbe essere nel file mysort.h
*/
// prototipi per mySort()
typedef int (*mycallback)(int, int, void *);
void mySort(int *array, int nelems, mycallback cmpFunc, void *newarg);

/* parte che dovrebbe essere nel file mysort.c
 */
// mySort() - funzione di sort che usa l'algoritmo bubblesort
void mySort(int *array, int nelems, mycallback cmpFunc, void *newarg)
{
    // loop su tutti gli elementi di array
    while (nelems > 0) {
        // loop interno con lunghezza calante
        int i;
        for (i = 0; i < (nelems - 1); i++) {
            // eseguo callback di comparazione
            if (cmpFunc(array[i], array[i + 1], newarg)) {
                // eseguo swap di array[i] e array[i+1]
                int temp = array[i];
                array[i] = array[i + 1];
                array[i + 1] = temp;
            }
        }

        // decremento nelems
        nelems--;
    }
}

/* parte che dovrebbe essere nel file mymain.c
*/
// cbCmpFunc() - funzione di comparazione
static int cbCmpFunc(int elem_a, int elem_b, void *newarg)
{
    // scrivo risultati parziali in un file
    FILE *fp = (FILE *)newarg;
    fprintf(fp, "%d > %d = %d\n", elem_a, elem_b, elem_a > elem_b);

    // ritorno il risultato della comparazione
    return elem_a > elem_b;
}

// funzione main
int main(void)
{
    int array[] = {34,12,32,9,10,72,82,23,14,7,94};
    int nelems = sizeof(array) / sizeof(int);

    // eseguo sort array scrivendo i risultati parziali in un file
    FILE *fp = fopen("result.txt", "w");
    mySort(array, nelems, cbCmpFunc, fp);

    // chiudo il file
    fclose(fp);

    // mostro i risultati
    int i;
    for (i = 0; i < nelems; i++)
        printf("%d - ", array[i]);

    printf("\n");

    // esco
    return 0;
}

Come vedete è molto simile all’esempio precedente, solo che ora, a livello del main(), apriamo un file per registrare dei dati di elaborazione e dobbiamo passare il file descriptor alla mysort(), già che non possiamo certo pensare di scrivere una funzione di libreria che porti schiantato nel codice il nome del file di log: è l’applicazione chiamante che deve passarlo.

E come lo passiamo? È abbastanza semplice: si aggiunge un parametro (del tipo opportuno) alla mysort() e alla callback, e, nella chiamata base (nel main(), nel nostro caso) si passa il valore alla mysort(), che si occuperà i propagarlo fino alla callback, che è l’utilizzatrice del nuovo parametro; la mysort() non lo usa, lo trasporta solamente. Con questo metodo possiamo passare tutti i parametri che vogliano: nell’esempio ne ho aggiunto uno, ma se ne possono aggiungere a piacere.

Ovviamente tutto quanto sopra è valido per funzioni che implementiamo noi: non si può certo pensare di aggiungere parametri a funzioni di libreria di cui non abbiamo il controllo: ad esempio la qsort() ha bisogno solo della callback con due parametri, e così ce la dobbiamo tenere.

Qualcuno si chiederà perché il parametro newarg è un void* e non un tipo più specifico (in questo caso un FILE*): l’ho scritto così per dimostrare che, con questo metodo, si può passare qualsiasi cosa (ad esempio in C++ si usa per passare il pointer this): anzi, ho visto codice in cui si aggiungono dei void* alle callback (in fase di progetto) solo per usi futuri, in maniera di poter scrivere, in seguito, delle callback molto personalizzate senza modificare la funzione base (che, come detto, e solo trasportatrice di questi parametri).

Che ve ne sembra? Si, tutto un po’ lapalissiano e ingenuo (forse), ma alzi la mano chi non ha mai avuto dubbi nella sua storia di programmatore (uhmm… vedo poche mani alzate).  E se questo post è servito a ampliare le conoscenze anche a solo uno dei lettori sono stra-contento così. E per gli altri, quelli che sapevano già tutto sulle callback: perché siete arrivati ugualmente fino in fondo al post ?

Ciao e al prossimo post!

A proposito di me

Aldo Abate

È un Cinefilo prestato alla Programmazione in C. Per mancanza di tempo ha rinunciato ad aprire un CineBlog (che richiede una attenzione quasi quotidiana), quindi ha deciso di dedicarsi a quello che gli riesce meglio con il poco tempo a disposizione: scrivere articoli sul suo amato C infarcendoli di citazioni Cinematografiche. Il risultato finale è ambiguo e spiazzante, ma lui conta sul fatto che il (si spera) buon contenuto tecnico induca gli appassionati di C a leggere ugualmente gli articoli ignorando la parte Cinefila.
Ma in realtà il suo obiettivo principale è che almeno un lettore su cento scopra il Cinema grazie al C...

Di Aldo Abate

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