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Visual Basic变态用法之函数指针

[ 作者: 加入时间:2007-10-19 13:12:05 来自:Linux联盟收集整理 ]

一、函数指针

　　 AddressOf得到一个VB内部的函数指针，我们可以将这个函数指针传递给需要回调这个函数的API，它的作用就是让外部的程序可以调用VB内部的函数。

　　但是VB里函数指针的应用，远不象C里应用那么广泛，因为VB文档里仅介绍了如何将函数指针传递给API以实现回调，并没指出函数指针诸多神奇的功能，因为VB是不鼓励使用指针的，函数指针也不例外。

　　首先让我们对函数指针的使用方式来分个类。

　　 1、回调。这是最基本也是最重要的功能。比如VB文档里介绍过的子类派生技术，它的核心就是两个API：SetWindowLong和CallWindowProc。

　　我们可以使SetWindowLong这个API来将原来的窗口函数指针换成自己的函数指针，并将原来的窗口函数指针保存下来。这样窗口消息就可以发到我们自己的函数里来，并且我们随时可以用CallWindowProc来调用前面保存下来的窗口指针，以调用原来的窗口函数。这样，我们可以在不破坏原有窗口功能的前提下处理钩入的消息。

　　具体的处理，我们应该很熟悉了，VB文档也讲得很清楚了。这里需要注意的就是CallWindowProc这个API，在后面我们将看到它的妙用。

　　在这里我们称回调为让"外部调用内部的函数指针"。

　　 2、程序内部使用。比如在C里我们可以将C函数指针作为参数传递给一个需要函数指针的C函数，如后面还要讲到的C库函数qsort，它的声明如下：

#define int (__cdecl *COMPARE)(const void *elem1, const void *elem2)
void qsort(void *base, size_t num, size_t width,
COMPARE pfnCompare);

　　它需要一个COMPARE类型函数指针，用来比较两个变量大小的，这样排序函数可以调用这个函数指针来比较不同类型的变量，所以qsort可以对不同类型的变量数组进行排序。

　　我们姑且称这种应用为"从内部调用内部的函数指针"。

　　 3、调用外部的函数

　　也许你会问，用API不就是调用外部的函数吗？是的，但有时候我们还是需要直接获取外部函数的指针。比如通过LoadLibrary动态加载DLL，然后再通过GetProcAddress得到我们需要的函数入口指针，然后再通过这个函数指针来调用外部的函数，这种动态载入DLL的技术可以让我们更灵活的调用外部函数。

　　我们称这种方式为"从内部调用外部的函数指针"

　　 4、不用说，就是我们也可控制"从外部调用外部的函数指针"。不是没有，比如我们可以加载多个DLL，将其中一个DLL中的函数指针传到另一个DLL里的函数内。

　　上面所分的"内"和"外"都是相对而言（DLL实际上还是在进程内），这样分类有助于以后我们谈问题，请记住我上面的分类，因为以后的文章也会用到这个分类来分析问题。

　　函数指针的使用不外乎上面四种方式。但在实际使用中却是灵活多变的。比如在C++里继承和多态，在COM里的接口，都是一种叫vTable的函数指针表的巧妙应用。使用函数指针，可以使程序的处理方式更加高效、灵活。

　　 VB文档里除了介绍过第一方式外，对其它方式都没有介绍，并且还明确指出不支持“Basic 到 Basic”的函数指针（也就是上面说的第二种方式），实际上，通过一定的HACK，上面四种方式均可以实现。今天，我们就来看看如何来实现第二种方式，因为实现它相对来说比较简单，我们先从简单的入手。至于如何在VB内调用外部的函数指针，如何在VB里通过处理vTable接口函数指针跳转表来实现各种函数指针的巧妙应用，由于这将涉及COM内部原理，我将另文详述。

　　其实VB的文档并没有说错，VB的确不支持“Basic 到 Basic”的函数指针，但是我们可以绕个弯子来实现，那就是先从"Basic到API"，然后再用第一种方式"外部调用内部的函数指针"来从"API到BASIC"，这样就达到了第二种方式从"Basic 到 Basic"的目的，这种技术我们可以称之为"强制回调"，只有VB里才会有这种古怪的技术。

　　说得有点绕口，但是仔细想想窗口子类派生技术里CallWindowProc，我们可以用CallWindowProc来强制外部的操作系统调用我们原来的保存的窗口函数指针，同样我们也完全可以用它来强制调用我们内部的函数指针。

　　呵呵，前面说过要少讲原理多讲招式，现在我们就来开始学习招式吧！

　　考虑我们在VB里来实现和C里一样支持多关键字比较的qsort。完整的源代码见本文配套代码，此处仅给出函数指针应用相关的代码。

'当然少不了的CopyMemory，不用ANY的版本。
Declare Sub CopyMemory Lib "kernel32" Alias _
"RtlMoveMemory" (ByVal dest As Long, ByVal source As Long, _
ByVal numBytes As Long)

'嘿嘿，看下面是如何将CallWindowProc的声明做成Compare声明的。
Declare Function Compare Lib "user32" Alias _
"CallWindowProcA" (ByVal pfnCompare As Long, ByVal pElem1 As Long, _
ByVal pElem2 As Long, ByVal unused1 As Long, _
ByVal unused2 As Long) As Integer
'注：ByVal xxxxx As Long ，还记得吧！这是标准的指针声明方法。

'声明需要比较的数组元素的结构
Public Type TEmployee
　 Name As String
　 Salary As Currency
End Type

'再来看看我们的比较函数
'先按薪水比较，再按姓名比较
Function CompareSalaryName(Elem1 As TEmployee, _
　　　　　 Elem2 As TEmployee, _
　　　　　 unused1 As Long, _
　　　　　 unused2 As Long) As Integer
　 Dim Ret As Integer
　 Ret = Sgn(Elem1.Salary - Elem2.Salary)
　 If Ret = 0 Then
　　 Ret = StrComp(Elem1.Name, Elem2.Name, VBTextCompare)
　 End If
　 CompareSalaryName = Ret
End Function

'先按姓名比较，再按薪水比较
Function CompareNameSalary(Elem1 As TEmployee, _
　　　　　 Elem2 As TEmployee, _
　　　　　 unused1 As Long, _
　　　　　 unused2 As Long) As Integer
　 Dim Ret As Integer
　 Ret = StrComp(Elem1.Name, Elem2.Name, VBTextCompare)
　 If Ret = 0 Then
　　 Ret = Sgn(Elem1.Salary - Elem2.Salary)
　 End If
　 CompareNameSalary = Ret
End Function

　　最后再看看我们来看看我们最终的qsort的声明。

Sub qsort(ByVal ArrayPtr As Long, ByVal nCount As Long, _
ByVal nElemSize As Integer, ByVal pfnCompare As Long)

　　上面的ArrayPtr是需要排序数组的第一个元素的指针，nCount是数组的元素个数，nElemSize是每个元素大小，pfnCompare就是我们的比较函数指针。这个声明和C库函数里的qsort是极为相似的。

　　和C一样，我们完全可以将Basic的函数指针传递给Basic的qsort函数。

　　使用方式如下：

Dim Employees(1 To 10000) As TEmployee
'假设下面的调用对Employees数组进行了赋值初始化。
Call InitArray()
'现在就可以调用我们的qsort来进行排序了。
Call qsort(VarPtr(Employees(1)), UBound(Employees), _
LenB(Employees(1)), AddressOf CompareSalaryName)
'或者先按姓名排，再按薪水排
Call qsort(VarPtr(Employees(1)), UBound(Employees), _
LenB(Employees(1)), AddressOf CompareNameSalary)

　　聪明的朋友们，你们是不是已经看出这里的奥妙了呢？作为一个测验，你能现在就给出在qsort里使用函数指针的方法吗？比如现在我们要通过调用函数指针来比较数组的第i个元素和第j个元素的大小。

　　没错，当然要使用前面声明的Compare（其实就是CallWindowProc）这个API来进行强制回调。

　　具体的实现如下：

Sub qsort(ByVal ArrayPtr As Long, ByVal nCount As Long, _
ByVal nElemSize As Integer, ByVal pfnCompare As Long)
　 Dim i As Long, j As Long
　 '这里省略快速排序算法的具体实现，仅给出比较两个元素的方法。
　 If Compare(pfnCompare, ArrayPtr + (i - 1) * nElemSize, _
　　　 ArrayPtr + (j - 1) * nElemSize, 0, 0) > 0 Then
　　　 '如果第i个元素比第j个元素大则用CopyMemory来交换这两个元素。
　 End IF
End Sub

　　招式介绍完了，明白了吗？我再来简单地讲解一下上面Compare的意思，它非常巧妙地利用了CallWindowProc这个API。这个API需要五个参数，第一个参数就是一个普通的函数指针，这个API能够强马上回调这个函数指针，并将这个API的后四个Long型的参数传递给这个函数指针所指向的函数。这就是为什么我们的比较函数必须要有四个参数的原因，因为CallWindowProc这个API要求传递给的函数指针必须符合WndProc函数原形，WndProc的原形如下：

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

　　上面的LRESULT、HWND、UINT、WPARAM、LPARAM都可以对应于VB里的Long型，这真是太好了，因为Long型可以用来作指针嘛！

　　再来看看工作流程，当我们用AddressOf CompareSalaryName做为函数指针参数来调用qsort时，qsort的形参pfnCompare被赋值成了实参CompareSalaryName的函数指针。这时，调用Compare来强制回调pfnCompare，就相当于调用了如下的VB语句：

Call CompareSalaryName(ArrayPtr + (i - 1) * nElemSize, _
ArrayPtr + (j - 1) * nElemSize, 0, 0)

　　这不会引起参数类型不符错误吗？CompareSalaryName的前两个参数不是TEmployee类型吗？的确，在VB里这样调用是不行的，因为VB的类型检查不会允许这样的调用。但是，实际上这个调用是API进行的回调，而VB不可能去检查API回调的函数的参数类型是一个普通的Long数值类型还是一个结构指针，所以也可以说我们绕过了VB对函数参数的类型检查，我们可以将这个Long型参数声明成任何类型的指针，我们声明成什么，VB就认为是什么。所以，我们要小心地使用这种技术，如上面最终会传递给CompareSalaryName函数的参数"ArrayPtr + (i - 1) * nElemSize"只不过是一个地址，VB不会对这个地址进行检查，它总是将这个地址当做一个TEmployee类型的指针，如果不小心用成了"ArrayPtr + i * nElemSize"，那么当i是最后一个元素时，我们就会引起内存越权访问错误，所以我们要和在C里处理指针一样注意边界问题。

　　函数指针的巧妙应用这里已经可见一斑了，但是这里介绍的方法还有很大的局限性，我们的函数必须要有四个参数，更干净的做法还是在VC或Delphi里写一个DLL，做出更加符合要求的API来实现和CallWindowProc相似的功能。我跟踪过CallWindowProc的内部实现，它要做许多和窗口消息相关的工作，这些工作在我们这个应用中是多余的。其实实现强制回调API只需要将后几个参数压栈，再call第一个参数就行了，不过几条汇编指令而已。

　　正是因为CallWindowProc的局限性，我们不能够用它来调用外部的函数指针，以实现上面说的第三种函数指针调用方式。要实现第三种方式，Matt Curland大师提供了一个噩梦一般的HACK方式，我们要在VB里凭空构造一个IUnknown接口，在IUnknown接口的vTable原有的三个入口后再加入一个新入口，在新入口里插入机器代码，这个机器代码要处理掉this指针，最后才能调用到我们给的函数指针，这个函数指针无论是内部的还是外部的都一样没问题。在我们深入讨论COM内部原理时我会再来谈这个方法。

　　另外，排序算法是个见仁见智的问题，我本来想，在本文提供一个最通用性能最好的算法，这种想法虽好，但是不可能有在任何情况下都“最好”的算法。本文提供的用各种指针技术来实现的快速排序方法，应该比用对象技术来实现同样功能快不少，内存占用也少得多。可是就是这个已经经过了我不少优化的快速排序算法，还是比不了ShellSort，因为ShellSort实现上简单。从算法的理论上来讲qsort应该比ShellSort平均性能好，但是在VB里这不一定（可见本文配套代码，里面也提供了VBPJ一篇专栏的配套代码ShellSort，非常得棒，本文的思想就取自这个ShellSort）。

　　但是应当指出无论是这里的快速排序还是ShellSort，都还可以大大改进，因为它们在实现上需要大量使用CopyMemroy来拷贝数据（这是VB里使用指针的缺点之一）。其实，我们还有更好的方法，那就是Hack一下VB的数组结构，也就是COM自动化里的SafeArray，我们可以一次性的将SafeArray里的各个数组元素的指针放到一个long型数组里，我们无需CopyMemroy，我们仅需交换Long型数组里的元素就可以达到实时地交换SafeArray数组元素指针的目的，数据并没有移动，移动的仅仅是指针，可以想象这有快多。
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