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。
本文首发于公众号：天空的代码世界，微信号：tiankonguse
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。
- 普通指针可以在定义时初始化
- 普通指针可以在正常赋值
- 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\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
本文首发于公众号：天空的代码世界，微信号：tiankonguse
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