[C++]实现委托模型

我对.Net的委托模型印象很深刻,使用委托,可以快速实现观察者模式,免去写很多繁杂重复的代码。遗憾的是,C++并没有提供这样的模型,为了达到相似的目的,需要继承一个类并重写virtual方法,这种做法需要写很多代码,效率比较低下(使用过MFC的应该都能体会到)。然而,在强大的C++面前,没有什么是不可能的,已经有很多人针对这个问题进行过研究,并且实现了各种委托模型,其中最著名的就是FastDelegate,这个模型在《Member Function Pointers and the Fastest Possible C++ Delegates》中提出(原文地址:http://www.codeproject.com/KB/cpp/FastDelegate.aspx)。这个模型的特点就是“Fast”,因此不可避免地要依赖编译器的具体实现,虽然文章的最后说明该模型已在大部分的编译器上通过了测试,我仍然对此不太放心,要是哪个编译器升级后改变了实现方式,这个模型就不适合使用了。而且,由于自身水平有限以及懒惰的心理,我也不想去深究每种编译器的具体实现方式。我想要的是符合C++标准,与编译器无关的模型,而不管它是否“Fast”。经过不断的摸索,终于写出了这样的一个委托模型,下面与大家分享一下该模型的实现原理。(当然,如果你认为FastDelegate已经满足需求,而且不担心它依赖于编译器,那么完全可以忽略本文)

 

成员函数指针的操作

在开始之前首先介绍一下成员函数指针,它与非成员函数指针的操作方式有很大的不同。有这么一个类:

class A {
public:
	void Func(int) { … }
};

要取得Func函数的指针,必须这么做:

void (A::*pFunc)(int) = &A::Func;

::*是一个特殊的操作符,表示pFunc是一个指针,指向A的成员函数。获取成员函数的地址不能通过类对象来获取,必须像上面的那样,通过类名获取,而且要加上取地址操作符(&)。

 

那么如何通过成员函数指针来调用该函数呢?成员函数都有一个隐含的this参数,表示函数要操作的对象,现在我们只获取到了函数的指针,还缺少一个对象作为this参数。为了达到这个目的,需要先创建一个对象,然后通过该对象来调用成员函数指针:

A a;
(a.*pFunc)(10);

A* pa = &a;
(pa->*pFunc)(11);

第一种方式是通过对象本身来调用,第二种方式是通过对象指针来调用,两种方式的效果都是一样的。.*和->*都是特殊的操作符,不必纠结于它们奇怪的样子,只要知道它们只用于调用成员函数指针就行了。

 

第一步:使用类模板

通过上面的介绍,我们知道了要调用一个成员函数,仅仅有成员函数指针是不够的,还需要一个对象指针,所以要用一个类将两者绑到一起。由于对象的类型是无穷多的,所以这里必须使用类模板:

template<typename T>
class DelegateHandler {

public:
	DelegateHandler(T* pT, void (T::*pFunc)(int))
		: m_pT(pT), m_pFunc(pFunc) { }

	void Invoke(int value) {
		(m_pT->*m_pFunc)(value);
	}

private:
	T* m_pT;
	void (T::*m_pFunc)(int);
};

可以像下面那样使用该模板:

A a;
DelegateHandler<A> ah(&a, &A::Func);
ah.Invoke(3);

B b;
DelegateHandler<B> bh(&b, &B::Method);  //B::Method的声明与A::Func一致
bh.Invoke(4);

 

到这里产生了一个问题:如果希望调用的目标是非成员函数,怎么办?上面的类模板无法调用非成员函数,不过使用模板偏特化就可以解决这个问题:

template<>
class DelegateHandler<void> {

public:
	DelegateHandler(void (*pFunc)(int)) 
		: m_pFunc(pFunc) { }

	void Invoke(int value) {
		(*m_pFunc)(value);
	}

private:
	void (*m_pFunc)(int);
};

使用方法也是一样的:

DelegateHandler<void> h(NonmemberFunc); // void NonmemberFunc(int);
h.Invoke(5);

 

也许你会有疑问:非成员函数不需要将函数指针和对象指针绑到一起,为什么这里还要用一个类来包装函数指针?看了下面的内容自然会明白了。

 

第二步:使用多态

对于单目标的委托来说,使用上面的代码或许就已经足够了。但是我的目的当然不止于此,我想要的是多目标的委托。多目标委托其实就是一个容器,在这个容器里可以存放多个对象,当调用委托的时候依次调用每个对象。容器里的对象应该都是相同的类型,这样才能够放到强类型的容器中;而且委托调用方不应该知道具体的调用目标是什么,所以这些对象也应该要隐藏具体的细节。遗憾的是,上一步中实现的类模板都不具备这些能力,DelegateHandler<A>和DelegateHandler<B>是不同的类型,不能放到同一个容器中,调用方要调用它们也必须知道调用的目标是什么类型。

 

解决这个问题的方法就是使用多态,令所有的委托目标类都继承一个公共的接口,调用方只通过这个接口来进行调用,这样就不必知道每个目标具体的类型。下面就是该接口的定义:

class IDelegateHandler {

public:
	virtual ~IDelegateHandler() { }
	virtual void Invoke(int) = 0;
};

然后令DelegateHandler继承该接口:

template<typename T>
class DelegateHandler : public IDelegateHandler {
	…
}

template<>
class DelegateHandler<void> : public IdelegateHandler {
	…
}

现在可以将各种类型的DelegateHandler放到同一个容器中,并使用同样的方式来调用了:

A a;
B b;

DelegateHandler<A> ah(&a, &A::Func);
DelegateHandler<B> bh(&b, &B::Method);
DelegateHandler<void> vh(NonmemberFunc);

std::vector<IDelegateHandler*> handlers;
handlers.push_back(&ah);
handlers.push_back(&bh);
handlers.push_back(&vh);
	
for (auto it = handlers.cbegin(); it != handlers.cend(); ++it) {
	(*it)->Invoke(7);
}

 

第三步:使用宏

不知道你注意到没有,上面写了那么多代码,只是为了实现一个返回值为void,有一个int参数的委托!如果要实现更多类型的委托,上面的代码就要重复很多次了。幸好,C++有宏这个东西,使用它可以帮助我们快速生成大量代码。然而这个宏的定义可不是那么简单,为了它我费了好大周折。下面开始讲述这个探索的过程,如果不想看我啰嗦,可以直接跳到后面看现成的代码。

 

我们都知道,函数参数的声明可以只有类型而没有名称,但是为了在函数内使用参数,该参数必须有名称。例如:

void Invoke(int) {
	//不能使用参数
}
void Invoke(int value) {
	//可以通过value这个名称来使用参数
}

另外,调用函数的时候只能使用名称,不能带有类型:

int value = 10;
Invoke(value);

 

这些问题似乎都显而易见,根本不值一提,但这些就是定义宏的关键。一开始我想象宏的使用应该是这样的:

DELEGATE(void, DelegateHandler, int, int);

毫无疑问,在它的定义中,从第三个参数开始应该使用可变参数,像这样(只截取了定义的一部分):

#define DELEGATE(retType, name, …)  \
	…
	retType Invoke(__VA_ARGS__) {          \
		return (*m_pFunc)(__VA_ARGS__);    \
	}    \
	…

展开后的代码是这样的:

…
void Invoke(int, int) {
	return (*m_pFunc)(int, int);
}
…

 

这样很明显是错误的,即使在定义委托的时候加上参数名称也不行。问题的原因是函数参数的声明方式与调用方式不同,而且我们不能将__VA_ARGS__拆开来处理,我们没办法为参数添加名称,也不能去掉参数的名称。

 

既然如此,我们就使用两个__VA_ARGS__,一个用于函数参数的声明,一个用于调用。以上面的为例,第一个__VA_ARGS__应该是这样子:

int a, int b

第二个__VA_ARGS__应该是这样子:

a, b

宏展开之后应该是这样子:

…
void Invoke(int a, int b) {
	return (*m_pFunc)(a, b);
}
…

这样就正确了。可是这样又带来了一个新问题:一个宏里只能使用一个可变参数。解决方法是,使用另外的宏来产生这两个__VA_ARGS__!好了,我不再说废话了,直接给出代码来,代码比我的表达能力更强。

#define DECLARE_PARAMS(...) __VA_ARGS__
#define DECLARE_ARGS(...) __VA_ARGS__

//0个参数的委托
#define DELEGATE0(retType, name) \
	DECLARE_DELEGATE(retType, name, DECLARE_PARAMS(void), )

//1个参数的委托
#define DELEGATE1(retType, name, p1) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a), \
		DECLARE_ARGS(a))

//2个参数的委托
#define DELEGATE2(retType, name, p1, p2) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b), \
		DECLARE_ARGS(a, b))
	
//3个参数的委托
#define DELEGATE3(retType, name, p1, p2, p3) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b, p3 c), \
		DECLARE_ARGS(a, b, c))

//4个参数的委托
#define DELEGATE4(retType, name, p1, p2, p3, p4) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b, p3 c, p4 d), \
		DECLARE_ARGS(a, b, c, d))

//5个参数的委托
#define DELEGATE5(retType, name, p1, p2, p3, p4, p5) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b, p3 c, p4 d, p5 e), \
		DECLARE_ARGS(a, b, c, d, e))

//6个参数的委托
#define DELEGATE6(retType, name, p1, p2, p3, p4, p5, p6) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b, p3 c, p4 d, p5 e, p6 f), \
		DECLARE_ARGS(a, b, c, d, e, f))

//7个参数的委托
#define DELEGATE7(retType, name, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b, p3 c, p4 d, p5 e, p6 f, p7 g), \
		DECLARE_ARGS(a, b, c, d, e, f, g))

//8个参数的委托
#define DELEGATE8(retType, name, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8) \
	DECLARE_DELEGATE( \
		retType, \
		name, \
		DECLARE_PARAMS(p1 a, p2 b, p3 c, p4 d, p5 e, p6 f, p7 g, p8 h), \
		DECLARE_ARGS(a, b, c, d, e, f, g, h))

#define DECLARE_DELEGATE(retType, name, params, args)                         \
class I##name {                                                               \
public:                                                                       \
	virtual ~I##name() { }                                                    \
	virtual retType Invoke(params) = 0;                                       \
};                                                                            \
template<typename T>                                                          \
class name : public I##name {                                                 \
public:                                                                       \
	name(T* pType, retType (T::*pFunc)(params))                               \
		: m_pType(pType), m_pFunc(pFunc) { }                                  \
	retType Invoke(params) {                                                  \
		return (m_pType->*m_pFunc)(args);                                     \
	}                                                                         \
private:                                                                      \
	T* m_pType; retType (T::*m_pFunc)(params);                                \
};                                                                            \
template<>                                                                    \
class name<void> : public I##name {                                           \
public:                                                                       \
	name(retType (*pFunc)(params))                                            \
		: m_pFunc(pFunc) { }                                                  \
	retType Invoke(params) {                                                  \
		return (*m_pFunc)(args);                                              \
	}                                                                         \
private:                                                                      \
	retType (*m_pFunc)(params);                                               \
}

注意最后面少了一个分号,这是故意为之的,为了强迫在定义委托的时候加上分号。这种宏定义的方法对参数个数有了限制,我这里的定义最多只支持8个参数,为了支持更多参数,需要写更多的代码。其实我认为8个参数已经足够了,超过8个参数的函数不是好的设计,应该重新考虑一下。

 


作者:Zplutor
出处:http://www.cnblogs.com/zplutor/
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posted on 2011-09-17 18:55  Zplutor  阅读(15508)  评论(22编辑  收藏  举报