通用型函数指针

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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\n", *pOne);

    int two = 2;
    int* pTwo= &two;
    printf("pTwo %d\n", *pTwo);

    int three = 3;
    int* pThree(&three);
    printf("pThree %d\n", *pThree);

    printf("end normal\n\n");
}

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

函数指针是什么样子呢?

void testPointFun(int num) {
    printf("testPointFun %d\n",num);
}

void testPointFunTwo(int num, int num2) {
    printf("testPointFunTwo %d %d\n",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\n\n");
}

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\n\n");
}

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\n",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\n",num);
    return 0;
}


struct Func {
    int operator() ( int num ) {
        printf("Func class %d\n",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\n",num);
    return 0;
}


struct Func {
    int operator() ( int num ) {
        printf("Func class %d\n",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

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