C语言对闭包运算的支持

davelv

今天看lua也支持闭包，忽然想起C语言是不是通过某种方式也可以支持闭包呢，于是做了如下测试

1. //A program for test "closure" in C
   
2. //warning or error in ISO C PEDANTIC
   
3. //davelv 2011-11-30
   
4. #include <stdio.h>
   
5. #include <stdlib.h>
   
6. #define SIZE_I 10
   
7. #define SIZE_J 10
   
8. 
   
9. struct s_t
   
10. {
    
11.         int        data[SIZE_J];
    
12. };
    
13. //output
    
14. void print(struct s_t *s, int sizei, int sizej)
    
15. {
    
16.         int i,j;
    
17.         for(i=0; i<sizei; i++)
    
18.         {
    
19.                 for(j=0; j<sizej; j++)
    
20.                         printf("\t%d",s[i].data[j]);
    
21.                 puts("");
    
22.         }
    
23. }
    
24. int main(void)
    
25. {
    
26. 
    
27.         struct s_t st[SIZE_I];
    
28.         int i , j ;
    
29.         //filling st with random numbers
    
30.         for (i = 0; i < SIZE_I; i++)
    
31.         {
    
32.                 for(j = 0; j < SIZE_J; j++)
    
33.                         st[i].data[j]=rand()%1000;
    
34.         }
    
35.         //"CLOSURE"func compare used by qsort
    
36.         int compare(const void *a, const void *b)
    
37.         {
    
38.                 return ((const struct s_t*)a)->data[i] - ((const struct s_t*)b)->data[i];
    
39.         };
    
40.         //test and output
    
41.         for (i = 0; i<SIZE_I ;i++)
    
42.         {
    
43.                 printf("%s %d\n","Sort by index", i);
    
44.                 qsort(st, 10, sizeof(struct s_t), compare);
    
45.                 print(st, SIZE_I, SIZE_J);
    
46.         }
    
47. 
    
48.         return 0;
    
49. }

复制代码

Linux X64_86下GCC4.6.2编译时发现
使用 -Wall -std=c99 时没有任何警告错误
使用 -Wall -std=c99 -pedantic时会警告ISO禁止函数嵌套，但是可以通过编译

最后执行程序结果表明这种C“方言”可以支持C++/LISP 等多范式/函式 语言所支持的闭包运算。只不过形式稍稍不同，必须先定义完毕后才能使用。

欢迎大家提出新的看法和意见。
PS：这个点子是老谭启发我的，因为第一次在函数里面定义或者声明另外一个函数的使用方式是在他书上看到的。

bruceteen

不知道什么叫闭包，但C/C++不支持 子函数
C++可以用 function object (古名 functor) 来替代，C好像没办法

davelv

回复 2# bruceteen

ISO C是不支持函数嵌套的。
不过C++11 引入lambda运算，这个就是闭包，例如如下代码

1. void KillByVal(const int x , std::vector<int> & Vec) {
   
2. std::remove_if(v.begin(), v.end(), bool (int& n) { n == x; }
   
3. };

复制代码

yulihua49

不知道什么叫闭包，但C/C++不支持 子函数
C++可以用 function object (古名 functor) 来替代，C好像没办法
bruceteen 发表于 2011-11-30 15:13

    如果是函数嵌套定义，觉得没必要。

OwnWaterloo

回复 1# davelv

原理大致是这样： http://bbs.chinaunix.net/viewthr ... 877#postnum12149775
运行时构造一小段机器代码， 传递额外参数并跳转到实际函数。

gcc，很明显，是在栈上产生这段机器代码。 这样就不用处理内存分配的问题。 当然也限制closure不能在containing函数退出之后使用。
但这种技巧原理很简单， 内存分配虽然不起眼但却是真正耗费精力的地方……
因为这段机器代码是需要被执行的， 需要执行权限……

如果直接使用mprotect/VirtualProtect来改变栈上权限， 相当于把DEP关掉了。
如果分配， mmap/VirtualAlloc 都是整页整页的来， 得自己拆分了用。
HeapCreate相关函数又是windows only的……

OwnWaterloo

回复 1# davelv

其实我很好奇为什么函数定义后会加一个分号呢……

1. 
   
2. int compare(const void *a, const void *b)
   
3. {
   
4.                 return ((const struct s_t*)a)->data[i] - ((const struct s_t*)b)->data[i];
   
5. };
   
6. 
   
7. void KillByVal(const int x , std::vector<int> & Vec) {
   
8. std::remove_if(v.begin(), v.end(), bool (int& n) { n == x; }
   
9. };
   

复制代码

我见过会这样写代码的人当中，你不是第一个……

OwnWaterloo

回顾那帖发现居然以前和zylthinking吵了一架

zylthinking

回顾那帖发现居然以前和zylthinking吵了一架
OwnWaterloo 发表于 2011-11-30 18:32

那一架其实是我赢了。。。。后来找场子， 你不理我了。。。

OwnWaterloo

回复 8# zylthinking

不搜出那帖这事我都忘了……  过程也不记得了……
输赢什么的是小事。 只要弄清楚这东西是干什么的， 什么场合该用明白人自然清楚。
反正我是没敢在任何实际代码中用这东西， 即使opencv真的搞的人抓耳挠腮也没敢用……


问题是这样的， 有些legacy code对回调的函数的签名设计不好， 例子很多： qsort/bsearch, signal_handler(libc), WndProc(Windows GUI), opencv也有。
f 将 callback 传递给 g， 之后 callback 可能在某些时刻被调用。
当它被调用的时候， 能够获取的信息包括它在某个不知道的地方被调用时传递的参数， 或者某些全局的东西， 静态变量/线程局部变量等……

一般来说， 完备 的签名是 return_type callback(void* context, params...) 。 g( ... , callback, void* context );
如果某个 Acallback 需要 params... 之外的信息， 就可以让f给g传递一个context参数， Acallback被调用时获取。
如果某个 Bcallback 不需要， 那就让它空着。

一个void* 参数就够了， 因为可以塞个什么结构体的地址进去……
但完全没有这个参数就是不完备的。 如果某个Ccallback 需要这样的信息时， 就很麻烦了……

上面说的是一般情况。
也存在一些案例， void* context 参数是隐式的。 如果需要可以通过另一个参数传递。
也存在一些案例， 没有这样的参数，无论是隐式或显式， 但需要时也能解决问题。

比如（那个原帖我忘是啥了……） 就说这个帖， 给qsort传递。  因为对qsort返回后肯定不会再使用cmp， 所以直接一个静态变量（或者多线程下线程局部）就够用了。
这就是没有context参数也能解决问题的案例。

但有些时候就不行， 比如opencv， 只能将callback当作一个通知， 然后遍历全部窗口让它们更新 —— 但其实只有一种一个是真正需要更新。
它就属于 g(callback, args...) callback调用时期不确定的那一类。


而我想做的是一种一般化（当然目前是限定在i386下）的解法。 无论具体问题是什么， 只要是这一类问题就可以使用。
这种机制叫parital application。

一些社区将函数调用(invoke/call) 叫做应用(apply) ， apply(f, a, b c) 以 a b c 3个参数调用f 。
部分应用就是只给出一部分参数，  g = partial_apply(f, a) 。
得到的g是另一个函数， 可以继续部分应用或者全部应用 apply(g, b, c) 等效于 apply(f, a, b, c) 。
多个被部分应用的结果函数相互之间不会有干扰， 也可以同时存在。

如果在C里面实现了partial application的机制， 对这种缺少参数的问题只要先将那个缺少的参数部分应用， 并将返回的函数传递给需要callback的地方即可。
当callback真正被调用时会提供余下的参数。

嗯， 这些也只是理论上的搞搞。 实践上没这个胆子用……

zylthinking

回复  zylthinking

不搜出那帖这事我都忘了……  过程也不记得了……
输赢什么的是小事。 只要弄清楚这 ...
OwnWaterloo 发表于 2011-11-30 19:19

赢是指我在明白你那段机器码之前估计出了它是在做什么， 并非技术上赢了， 不过引起对骂的原因本来就是我说搞汇编玩花招没太大意思， 因此切以为如果没猜错思路， 应该是我赢了的。
结果是你仗着那是机器码我不查 op cpde 就看不懂， 硬是逼着我认输。。。。。。。后来我反回去查了查， 感觉冤枉大了。。。。
不过后来我是用了一个类似的， 你那个是cdecl的， 我改把了改吧， 针对 stdcall 弄了一个， 还给发布了， 结果一堆鸟杀毒软件报病毒。。。。。。