Виталий Ткаченко - Обратные вызовы в C++

На примере разработки модуля управления датчиками кратко описаны типовые этапы проектирования: описание технического задания; оформление сценариев функционирования системы; декомпозиция и формирование архитектуры. Затем рассмотрена реализация классов с акцентом на использовании обратных вызовов. И в заключение показан процесс создания системного API и трудности, с которыми сталкивается разработчик при реализации концепции «API как оболочка». Как можно увидеть в рассмотренном примере, в практике разработки ПО существует множество ситуаций, когда целесообразно использовать обратные вызовы как элементы дизайна компонентов системы.

Итак, наше повествование подходит к концу, пора подвести некоторые итоги.

Обратный вызов – это паттерн, в котором какой-либо исполняемый код как аргумент передается в другой код. Ожидается, что через сохраненный аргумент исполняемый код будет запущен в какой-то момент времени. Типовые задачи, решаемые с помощью обратных вызовов, следующие: запрос данных; вычисления по запросу; перебор элементов; уведомления о событиях.

В C++ обратные вызовы реализуются с помощью следующих механизмов: указатель на функцию; указатель на статический метод класса; указатель на метод-член класса; функциональный объект; лямбда-выражение. Все они имеют свои достоинства и недостатки, и нельзя однозначно сказать, какой является наилучшим, все зависит от поставленных задач и требований к проектируемой системе.

Чтобы определить реализацию, наиболее подходящую для конкретной ситуации, целесообразно использовать метод интегральных оценок, который предлагает простые и эффективные процедуры выбора оптимального решения. Указанный метод можно использовать не только применительно к обратным вызовам, но также и в других случаях, когда необходимо выбрать наиболее подходящее архитектурное решение из множества возможных.

Шаблоны, основанные на принципах параметрического полиморфизма, открывают разработчику новые горизонты. С их помощью появляется возможность создавать обобщенный код, т. е. код, независимый от данных. Применительно к обратным вызовам шаблоны позволяют без особых усилий обеспечить требования, которые крайне сложно, а иногда и невозможно реализовать обычными средствами C++. К ним относятся возможность хранения аргумента настраиваемого типа (универсальный аргумент), настройка сигнатуры вызова, выполнение вызовов для набора аргументов различных типов и т. п.

Платой за использование шаблонов является сложность анализа кода, увеличение времени компиляции, склонность к разрастанию кода, необходимость тестирования на наборах данных различных типов. Кроме того, шаблоны не предоставляют предварительно откомпилированного кода, что делает невозможным их использование в интерфейсах API.

Уникальная особенность обратных вызовов проявляется в том, что они дают возможность динамической модификации поведения программы во время выполнения. Это обуславливает их широкое применение на практике, как было продемонстрировано в примере разработки модуля управления датчиками.

Здесь приводится список упомянутых книг, а также литература и интернет-ресурсы для углубленного изучения рассмотренных тем.

1. Басс Л., Клементс П., Кацман Р. Архитектура программного обеспечения на практике. Спб, Питер, 2006. – 574 с.

Фундаментальное введение в теорию и практику построения программной архитектуры систем. Приведены методики сравнительного анализа архитектурных решений.

2. Вандевурд Д., Джосаттис Н., Грегор Д. Шаблоны C++. Справочник разработчика. Спб, Альфа-книга, 2018. – 848 с.

Максимально полно охватывает разнообразные аспекты использования шаблонов в C++, подходит как как в качестве справочного, так и учебного пособия.

3. Галовиц Я. C++ 17 STL. Стандартная библиотека шаблонов. Спб., Питер, 2018. – 432 с.

Отличная книга для изучения стандартной библиотеки STL.

4. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Д. «Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования». Спб, Питер, 2020. – 368 с.

Рассматриваются наиболее употребительные паттерны проектирования и их использование в решении задач. Не привязана к конкретному языку программирования. Отличается легкостю и доступностью изложения.

5. Касперски Крис. Техника оптимизации программ. Эффективное использование памяти. Спб, БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.