C++11 中委派 (Delegates) 的实现

quasiceo 2013-05-09

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C++11 中委派 (Delegates) 的实现

介绍

在 C++ 中通过一个全局函数来绑定到对象的成员函数是很有用的，这个特性也存在于其他语言中，例如 C#的委派。在 C++ 中相当于成员函数指针，但是并没有提供相应的特性。在这篇文章中，我想提出一个简单的 C++ 委派的实现，是用 C++ 成员函数指针和 C++11 的可变模板(variadic templates)，目前这套实现方法仅支持 GNU C++ 4.7.0，在 Windows 下可使用 MinGW。

背景

在我的方法中奖提供一个 create_delegate 函数，可通过下面两种方法来调用：

create_delegate(&object, &member_function)
create_delegate(&function)

第一种方法创建一个对象并提供一个 operator() 成员函数，第二个方法生成一个函数指针，两种方法都兼容 type function<...>.

示例程序

首先我们定义一个包含多个方法的类：

class A
{
    int i;
public:    
    A(int k):i(k) {}

    auto get()const ->int { return i;}    
    auto set(int v)->void { i = v;}

    auto inc(int g)->int& { i+=g; return i;}
    auto incp(int& g)->int& { g+=i; return g;}

    auto f5 (int a1, int a2, int a3, int a4, int a5)const ->int
    {
        return i+a1+a2+a3+a4+a5;
    }

    auto set_sum4(int &k, int a1, int a2, int a3, int a4)->void
    {
        i+=a1+a2+a3+a4;
        k = i;
    }

    auto f8 (int a1, int a2, int a3, int a4, int a5, int a6, int a7, int a8) const ->int
    {
        return i+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8;
    }    

    static auto sqr(double x)->double { return x*x; }
};

请注意你并不需要一定使用 C++ 的 auto 函数语法，你也可以使用传统的方法，然后我们使用下面方法创建一个类：

A a(11);

接下来我们创建委派：

auto set1 = create_delegate(&a,&A::set);
auto inc = create_delegate(&a,&A::inc);
std::function<int(int&)> incp = create_delegate(&a,&A::incp);
auto af5  = create_delegate(&a,&A::f5);
auto set_sum4= create_delegate(&a,&A::set_sum4);
auto af8  = create_delegate(&a,&A::f8);
auto sqr = create_delegate(&A::sqr); // static function </int(int&)>

为了演示，我们使用 auto 或者 function<...>. 然后我们开始调用委派：

set1(25);
int x = 5;
int k = inc(x);
k = incp(x);
std::cout << "a.get():" << a.get() << std::endl;
std::cout << "k: " << k << std::endl;
std::cout << "x: " << x << std::endl;
std::cout << "af5(1,2,3,4,5): " << af5(1,2,3,4,5) << std::endl;

set_sum4(x,1,2,3,20);
std::cout << "after set_sum4(x,1,2,3,20)" << std::endl;
std::cout << "a.get(): " << a.get() << std::endl;
std::cout << "x: " << x << std::endl;
std::cout << "af8(1,2,3,4,5,6,7,8): " << af8(1,2,3,4,5,6,7,8) << std::endl;
std::cout << "sqr(2.1): " << sqr(2.1) << std::endl;

执行上述程序的打印结果如下：

a.get():30
k: 35
x: 35
af5(1,2,3,4,5): 45
after set_sum4(x,1,2,3,20)
a.get(): 56
x: 56
af8(1,2,3,4,5,6,7,8): 92
sqr(2.1): 4.41

关键点

对于一个不是 volatile 和 const 的简单函数而言，实现是非常简单的，我们只需要创建一个类保存两个指针，一个是对象，另外一个是成员函数：

template <class T, class R, class ... P>
struct  _mem_delegate
{
    T* m_t;
    R  (T::*m_f)(P ...);
    _mem_delegate(T* t, R  (T::*f)(P ...) ):m_t(t),m_f(f) {}
    R operator()(P ... p) 
    {
            return (m_t->*m_f)(p ...);
    }
};

可变模板 variadic template 允许定义任意个数和类型参数的 operator() 函数，而 create_function 实现只需简单返回该类的对象：

template <class T, class R, class ... P>
_mem_delegate<T,R,P ...> create_delegate(T* t, R (T::*f)(P ...))
{
    _mem_delegate<T,R,P ...> d(t,f);
    return d;
}

实际中，我们需要另外的三个实现用于覆盖 const、volatile 和 const volatile 三种成员函数，这也是为什么传统使用 #define 宏很便捷的原因，让你无需重写代码段，下面是完整的实现：

template <class F>
F* create_delegate(F* f)
{
    return f;
}
#define _MEM_DELEGATES(_Q,_NAME)template <class T, class R, class ... P>struct _mem_delegate ## _NAME{    T* m_t;    R  (T::*m_f)(P ...) _Q;    _mem_delegate ## _NAME(T* t, R  (T::*f)(P ...) _Q):m_t(t),m_f(f) {}    R operator()(P ... p) _Q    {        return (m_t->*m_f)(p ...);    }};template <class T, class R, class ... P>    _mem_delegate ## _NAME<T,R,P ...> create_delegate(T* t, R (T::*f)(P ...) _Q){    _mem_delegate ##_NAME<T,R,P ...> d(t,f);    return d;}

_MEM_DELEGATES(,Z)
_MEM_DELEGATES(const,X)
_MEM_DELEGATES(volatile,Y)
_MEM_DELEGATES(const volatile,W)

参考资料

是不是boost::bind+boost::function的翻版

boost.bind+boost.function 强大, bind支持实参, 支持占位符, 这是非常关键要命的...

boost.signal才是更像C#中的委派, 支持组合委派,并且比C#更强的是支持多返回值.
如果是用gcc4.7 直接用c++11的 std::bind和std::function就是了

这篇文章应该是出于教学目的。