通用型函数指针

看了 kevinlynx 的一篇文章，然后按自己的理解重新实现一个通用型函数指针。

前言

看了 kevinlynx 的一篇通用型函数指针的文章，发现使用到的技术知识自己都知道，于是想着自己也实现一个来练练手。

背景

什么是通用型的函数指针呢？

这个不好解释，不过可以用例子来让大家看明白。

正常类型指针

对于平常的指针，比如整形指针，我们直接可以像 下面的形式操作 。

void normal() {
  int one = 1;
  int* pOne;
  pOne = &one;
  printf("pOne %d
", *pOne);
  int two = 2;
  int* pTwo= &two;
  printf("pTwo %d
", *pTwo);
  int three = 3;
  int* pThree(&three);
  printf("pThree %d
", *pThree);
  printf("end normal

");
}

这里我们可以看到整形指针有这么几个性质。

1. 普通指针可以在定义时初始化
2. 普通指针可以在正常赋值
3. 我们可以操作指针的值

正常函数指针

那 函数指针 是什么样子呢？

void testPointFun(int num) {
  printf("testPointFun %d
",num);
}
void testPointFunTwo(int num, int num2) {
  printf("testPointFunTwo %d %d
",num, num2);
}
void pointFun() {
  void (*pFunOne)(int);
  pFunOne = testPointFun;
  pFunOne(1);
  void (*pFunTwo)(int) = testPointFun;
  pFunTwo(2);
  void (*pFunThree)(int)(testPointFun);
  pFunThree(3);
  typedef void (*PestPointFun)(int);
  PestPointFun pFunFour = testPointFun;
  pFunFour(4);
  typedef void (*PestPointFunTwo)(int, int);
  PestPointFunTwo pFunFive = testPointFunTwo;
  pFunFive(5,5);
  printf("end  pointFun

");
}

我们发现，普通指针也都可以做这些操作，但是我们需要使用函数指针那么很长很长的定义，即使使用 typedef , 也要为每一种函数声明单独定义新类型的名字。

期望的函数指针

于是我们想，能不能直接定义函数指针呢？

比如这样

void wantPointFun() {
  PointFun pointFunOne = testPointFun;
  pointFunOne(6);
  PointFun pointFunTwo = testPointFunTwo;
  pointFunTwo(7,7);
  printf("end  wantPointFun

");
}

当然，根据一个函数名自动推导出对应的函数指针的技术可以实现，但是cpp标准中又没有这样的技术我就不知道了。

我们就假设cpp中现在没有这样的技术吧。

正文

既然目前标准中不支持这种技术，那我们该如何实现呢？

初级通用函数指针

于是只好自己指定好类型了。

例如 这样

template <typename _R, typename _P1>
class functor {
public:
  typedef _R (*func_type)( _P1 );
public:
  explicit functor( const func_type &func ) :
    _func( func ) {
  }
  _R operator() ( _P1 p ) {
    return _func( p );
  }
private:
  func_type _func;
};
int testPointFun(int num) {
  printf("testPointFun %d
",num);
  return 0;
}
void firstPointFun() {
  functor<int, int> cmd( testPointFun );
  cmd( 1 );
}

于是我们通过重载类的运算符 () 来模拟函数调用就完美的解决问题了。

加强版通用函数指针

但是我们既然可以使用类来模拟函数(姑且称为函数对象吧)， 那传过来的函数指针会不会就是我们的那个函数对象呢？

struct Func {
  int operator() ( int i ) {
    return i;
  }
};
void secondPointFun() {
  functor<int, int> cmd1( testPointFun );
  cmd1(1);
  Func obj;
  functor<int, int> cmd2(obj);
  cmd2( 2 );
}

我们发现对于函数对象， 编译不通过。提示这个错误

error: no matching function for call to 'functor<int, int>::functor(Func&)'

报这个错误也正常，我们的通用函数指针式 int (*)(int) 类型， 但是我们传进去的是 Func 类型，当然不匹配了。

这个时候我们就会意识到需要对这个函数的类型进行抽象了，比如 这样 。

template <typename _R, typename _P1,typename _FuncType>
class functor {
public:
  typedef _FuncType func_type;
public:
  explicit functor( const func_type &func ) :
    _func( func ) {
  }
  _R operator() ( _P1 p ) {
    return _func( p );
  }
private:
  func_type _func;
};
int testPointFun(int num) {
  printf("testPointFun %d
",num);
  return 0;
}
struct Func {
  int operator() ( int num ) {
    printf("Func class %d
",num);
    return num;
  }
};
void threePointFun() {
  functor<int, int, int (*)(int)> cmd1( testPointFun );
  cmd1(1);
  Func obj;
  functor<int, int, Func> cmd2(obj);
  cmd2( 2 );
}

这个时候我们终于编译通过了。

回头思考人生

但是，编译通过的代价却是我们手动指定函数指针的类型， 这与直接声明函数指针变量有什么区别呢？

比如对于上面的，我们直接使用函数指针不是更方便吗？

void fourPointFun() {
  int (*cmd1)(int) ( testPointFun );
  cmd1(1);
  Func obj;
  Func cmd2(obj);
  cmd2( 2 );
}

那我们为了什么那样这样的寻找所谓的'通用型函数指针'呢？

答案是为了统一函数指针的定义，对，是统一。

自动推导类型

那我们能不能省去函数指针的类型呢？

貌似使用多态可以省去函数指针的类型，可以让系统自己推导，然后我们只需要调用函数即可。

例如 这样

template <typename _R, typename _P1>
struct handler_base {
  virtual _R operator() ( _P1 ) = 0;
};
template <typename _R, typename _P1, typename _FuncType>
class handler : public handler_base<_R, _P1> {
public:
  typedef _FuncType func_type;
public:
  handler( const func_type &func ) :
    _func( func ) {
  }
  _R operator() ( _P1 p ) {
    return _func( p );
  }
public:
  func_type _func;
};
template <typename _R, typename _P1>
class functor {
public:
  typedef handler_base<_R, _P1> handler_type ;
public:
  template <typename _FuncType>
  functor( _FuncType func ) :
    _handler( new handler<_R, _P1, _FuncType>( func ) ) {
  }
  ~functor() {
    delete _handler;
  }
  _R operator() ( _P1 p ) {
    return (*_handler)( p );
  }
private:
  handler_type *_handler;
};
int testPointFun(int num) {
  printf("testPointFun %d
",num);
  return 0;
}
struct Func {
  int operator() ( int num ) {
    printf("Func class %d
",num);
    return num;
  }
};
void fivePointFun() {
  functor<int, int>cmd1( testPointFun );
  cmd1(1);
  Func obj;
  functor<int, int>cmd2(obj);
  cmd2( 2 );
}

支持任意参数

我们通过模板和多态实现了指定参数的通用型函数指针。

由于模板是编译的时候确定类型的，所以参数的个数需要编译的时候确定。

又由于模板不支持任意类型参数，所以我们只好把不同个数参数的模板都定义了。

这里有涉及到怎么优雅的定义不同个数参数的模板了。

去年我去听过一个培训，讲的是就是c++的模板，重点讲了偏特化。

我们利用偏特化就可以暂时解决这个问题。

实现代码可以参考我的 github 。

看了实现代码，发现使用起来还是很不方便。

functor<int, TYPE_LIST1(int)>cmd1( testPointFun );
cmd1(1);

Func obj;
functor<int, TYPE_LIST1(int)>cmd2(obj);
cmd2( 2 );

functor<int, TYPE_LIST2(int,int)>cmd3( testPointFunTwo );
cmd3(1,2);

需要我们手动指定参数的个数，以及传进去参数的类型。

由于我们不能自动推导参数的类型，所以类型必须手动指定，但是个数我们应该可以在编译器期确定吧。

获得宏的个数

现在我们的目的是这样的使用函数指针。

functor<int, TYPE_LIST(int)>cmd1( testPointFun );
cmd1(1);

Func obj;
functor<int, TYPE_LIST(int)>cmd2(obj);
cmd2( 2 );

functor<int, TYPE_LIST(int,int)>cmd3( testPointFunTwo );
cmd3(1,2);

这个倒是很容易实现。比如 这样

#define NUM_PARAMS(...) NUM_PARAMS_OUTER(__VA_ARGS__, NUM_PARAMS_EXTEND())
#define NUM_PARAMS_OUTER(...) NUM_PARAMS_INTER(__VA_ARGS__)
#define NUM_PARAMS_INTER( _1, _2, _3, _4, _5, _6, _7, _8, _9,_10, _11,_12,_13,_14,_15,_16, N, ...) N
#define NUM_PARAMS_EXTEND() 16,15,14,13,12,11,10, 9,8,7,6,5,4,3,2,1,0


#define TYPE_LIST1( T1 ) type_list<T1, null_type>
#define TYPE_LIST2( T1, T2 ) type_list<T1, TYPE_LIST1( T2 )>
#define TYPE_LIST3( T1, T2, T3 ) type_list<T1, TYPE_LIST2( T2, T3 )>

#define TYPE_LIST(...) TYPE_LIST_N(NUM_PARAMS(__VA_ARGS__), __VA_ARGS__)
#define TYPE_LIST_N(n,...) TYPE_LIST_N_FIX(n, __VA_ARGS__)
#define TYPE_LIST_N_FIX(n, ...) TYPE_LIST##n(__VA_ARGS__)

这个实现还是有一点不爽： 我们需要写出所有可能的 TYPE_LISTn.

能不能使用宏来做到这个呢？

宏中怎么才能判断出到到达最后一个参数或者没有参数了呢？

还是依靠得到宏个数的技术。

但是经过嵌套尝试，发现宏时不能递归展开的。

好吧，既然不能递归展开，那也只能到达这一步了。

源代码

源代码可以参考我的 github .

参考资料

• • 本文来自：Linux学习网