請容許先發一句牢騷,“這萬惡的成員函數指針的丑陋語法!”,C中的函數指針的語法已經夠難看的了,但相比之下,成員函數指針卻更加不堪入目,使用上又很不方便,很不人性化,簡直是只能行走寸步。只可惜,函數指針的作用實在太大了,忽視不得。
大家都知道,函數指針(或又叫回調函數)是上層模塊和底層模塊進行通信的最佳手段,上層通過提供函數指針給底層,以使得底層在適當的時候,可以調用執行上層的代碼,C庫中的qsort足以說明這種使用,qsort在排序時,不知道如何比較兩個數組元素的大小,必須通過上層提供的大小比較函數來進行比較。此外,操作系統提供的API中,有多少地方使用上了回調函數。假如沒有函數指針,這簡直沒法想像,日子沒法過了。函數指針是實現模塊分層的不二法門,當然接口也可以,但是,用戶代碼必須繼承或者實現底層硬性規定無理取鬧的虛函數,本來很輕量級的POD,再也不輕快了,實在頗不方便,不,簡直很有點惡心。說來說去,還是函數指針好。
既然,C中的回調函數這么重要,那么,可想而知,進入C++中,整個世界到處都是CLASS,將回調函數這個概念推廣到CLASS上,也即是成員函數指針,將是多么迫切的事情。理論上,可以將成員函數指針視為函數指針的語法糖,只要規定函數指針的第一個參數為void* pThis,然后在函數指針的實現函數中,進行類型轉換也能滿足使用,在很長的一段時間里,因為這種方式的簡單清晰,一直都用這種方式代替成員函數指針。但是,一遍又一遍地被迫編寫重復代碼,特別是枯燥的類型轉換,任何人都無法忍受。因此,決定直面這個問題。
理論上,成員函數和普通函數一樣,在內存中,都有自己的位置,只要有了地址信息,就可以通過指針來獲取,保存起來,然后在未來的某個地方,通過這個指針來執行函數中的代碼。差別之處,在于,調用成員函數前,要先將this推入ecx中,很久之前,成員函數指針確實和普通函數指針一樣簡單,只是后來,虛函數和多繼承出現之后,簡單的指針信息再也承載不了成員函數的重量,從此之后,.......(忽略,請大家自行BAIDU)。總之,C++中,成員函數指針并非指針類型,理所當然,也就不支持指針的大多數操作,比如,賦值NULL,或者類型轉換。因此,所有能夠讓函數指針大放異彩的種種手段,在這里,都用不上了,原本在C中光芒四射的好東西,到了C++中,竟然黯然失色,所有本該讓函數指針大顯身手的地方,大家都繞道而行。
逼急了,也有嘗試突破,MFC的僅僅作了有限爭取的手段(為了這一點點好處,MFC可不知作了多大的努力),居然成為其消息映射的基石。但是,據說,MFC的成員函數指針的設計也非出于自愿,而是因為消息太多,實在沒法整成虛函數來處理,每個窗口類背負成千上萬個函數的虛函數表,可不是省油的燈。為了努力地支持虛函數和多繼承,C++的編譯器不惜在成員函數指針的使用上設下種種阻攔,令人又氣又恨。而更加令人不解的是,C++橫行天下十幾年,函數指針似乎長期得不到重視,大師們都在面向對象上探索,很多本該成員函數指針發光發熱的地方,幾乎都退位給虛函數了,并美其名曰策略模式又或者是其他的什么模式,不過是換了一套更加難看的馬甲,卻又那么好聽的名字,不,不好聽,只要聽到模式兩字,就令人大倒胃口。所有大用特用模式的代碼,如果用非模式來實現,其代碼量將少掉很多,而且還更具擴展性,這是真的。先透露一下,正在構思一文章,將深度介紹模式,專注于WHY,并且類比現實,兼扯上WINDOWS、COM和MFC對模式的應用,說句良心話,如果只用接口來做設計,模式絕對是好東西。只可惜,接口其實是SB。寫底層代碼,如果要求用戶必須實現某些接口,又或者是繼承某些類,改寫虛函數,這種侵入式的設計,實在無理取鬧之至。
后來,大伙兒也終于開始重視成員函數指針,特別是C#的委托出現之后,網絡上更是充斥著各種成員函數指針的版本代碼,都可以很好地完成任務。特別是TR1又或者是BOOST中的function,功能相當的強悍得令人非大吃一驚不可。只可惜,大多數情況下,用戶只想填飽肚子而已,但是BOOST或者其他的類庫卻硬要來一桌滿漢全席,這也罷了,但是,它還要用戶額外買單,并且還真不低呢,這就很讓人受不了啦。其實,一般情況下,我們的要求不會太過分,僅僅想要針對普通的成員函數指針進行回調,它卻為此在其內部new一個內部類出來,假如大規模使用,后果將不堪設想,其實也沒那么嚴重,完成是C++迷們的強迫癥。
但是,說真的,實在希望很精簡,不要生成不必要的虛函數表,不要模板生成不必要的函數(沒辦法內聯,有函數地址的那一種),只要求它如同對待C中的函數指針一樣,參數入棧和一個簡單的函數調用的指令,外加將this推入ecx即可,就好像直接調用成員函數那樣就好了。好了,貢獻上代碼了,史上最輕量級,精簡無比的成員函數指針,功能也最弱了。對不起,代碼并不完整,實際的代碼,用上了宏,所謂的宏的圖靈完備。在下很懶,一向只介紹想法而已,只于具體的實現細節以及語法考究,竊以為,每個C++迷們應該完全能夠勝任。俗話說,高手只要求創意就行了,本文詳細介紹算法并給出代碼,已經落了下乘。
這個實現,不考慮多繼承,忽略了虛函數,也不支持非成員函數(也可以用上,只是,要多做一點點手腳,以下將給出示例,而且,普通函數指針已經完全可以勝任),只集中火力專注于普通成員函數,畢竟,在下的運用中,它占上了95%以上,所以才能如此的高效。單一職責啊!
此外,本文參考了《成員函數指針與高性能的C++委托》、《劉未鵬的BOOST源碼解析》、《C++設計新思維》,請自行GOOGLE。
template <class OutputClass, class InputClass>
union horrible_union{
OutputClass out;
InputClass in;
};
template <class OutputClass, class InputClass>
inline void union_cast(OutputClass& out, const InputClass input){
horrible_union<OutputClass, InputClass> u;
typedef int ERROR_CantUseHorrible_cast[sizeof(InputClass)==sizeof(u)
&& sizeof(InputClass)==sizeof(OutputClass) ? 1 : -1];
u.in = input;
out = u.out;
}
template<typename FuncSignature>class TMemFn;
class CCallbackObject{};
template<typename R>
class TMemFn<R ()>
{
public:
typedef R ReturnType;
ReturnType operator()() const{return (pThis->*func)();}
template<typename _Ty>
void Bind(_Ty* pObj, R(_Ty::*proc)())
{
union_cast(pThis, pObj);
union_cast(func, proc);
}
public:
typedef ReturnType (CCallbackObject::*FuncType)();
FuncType func;
CCallbackObject* pThis;
};
template<typename R, typename P1>
class TMemFn<R (P1)>
{
public:
typedef R ReturnType;
typedef P1 Param1Type;
ReturnType operator()(Param1Type param1) const{return (pThis->*func)(param1);}
template<typename _Ty>
void Bind(_Ty* pObj, ReturnType(_Ty::*proc)(Param1Type))
{
union_cast(pThis, pObj);
union_cast(func, proc);
}
public:
typedef ReturnType (CCallbackObject::*FuncType)(Param1Type);
FuncType func;
CCallbackObject* pThis;
};
template<typename R, typename _Ty>
TMemFn<R ()> MakeMF(_Ty* pThis, R(_Ty::*proc)())
{
TMemFn<R ()> res; res.Bind(pThis, proc);
return res;
}
template<typename R, typename _Ty, typename P1>
TMemFn<R (P1)> MakeMF(_Ty* pThis, R(_Ty::*proc)(P1))
{
TMemFn<R (P1)> res;res.Bind(pThis, proc);
return res;
}
int Test(int a)
{
printf("Hello World %d\n", a);
return a;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
class _CTest
{
public:
int CallTest(int a)
{
return Test(a);
}
};
TMemFn<int (int)> aTest = MakeMF((_CTest*)NULL, &_CTest::CallTest);
aTest(80);
return 0;
}