成员函数指针与高性能的C++委托（上篇）.docVIP

引子 标准C++中没有真正的面向对象的函数指针。这一点对C++来说是不幸的，因为面向对象的指针（也叫做“闭包（closure）”或“委托（delegate）”）在一些语言中已经证明了它宝贵的价值。在Delphi (Object Pascal)中，面向对象的函数指针是Borland可视化组建库（VCL，Visual Component Library）的基础。而在目前，C#使“委托”的概念日趋流行，这也正显示出C#这种语言的成功。在很多应用程序中，“委托”简化了松耦合对象的设计模式[GoF]。这种特性无疑在标准C++中也会产生很大的作用。 很遗憾，C++中没有“委托”，它只提供了成员函数指针（member function pointers）。很多程序员从没有用过函数指针，这是有特定的原因的。因为函数指针自身有很多奇怪的语法规则（比如“-*”和“.*”操作符），而且很难找到它们的准确含义，并且你会找到更好的办法以避免使用函数指针。更具有讽刺意味的是：事实上，编译器的编写者如果实现“委托”的话会比他费劲地实现成员函数指针要容易地多！ 在这篇文章中，我要揭开成员函数指针那“神秘的盖子”。在扼要地重述成员函数指针的语法和特性之后，我会向读者解释成员函数指针在一些常用的编译器中是怎样实现的，然后我会向大家展示编译器怎样有效地实现“委托”。最后我会利用这些精深的知识向你展示在C++编译器上实现优化而可靠的“委托”的技术。比如，在Visual C++(6.0, .NET, and .NET 2003)中对单一目标委托（single-target delegate）的调用，编译器仅仅生成两行汇编代码！ 函数指针 下面我们复习一下函数指针。在C和C++语言中，一个命名为my_func_ptr的函数指针指向一个以一个int和一个char*为参数的函数，这个函数返回一个浮点值，声明如下： float (*my_func_ptr)(int, char *); //为了便于理解，我强烈推荐你使用typedef关键字。 //如果不这样的话，当函数指针作为一个函数的参数传递的时候， // 程序会变得晦涩难懂。 // 这样的话，声明应如下所示： typedef float (*MyFuncPtrType)(int, char *); MyFuncPtrType my_func_ptr; 应注意，对每一个函数的参数组合，函数指针的类型应该是不同的。在Microsoft Visual C++（以下称MSVC）中，对三种不同的调用方式有不同的类型：__cdecl, __stdcall, 和__fastcall。如果你的函数指针指向一个型如float some_func(int, char *)的函数，这样做就可以了： my_func_ptr = some_func; 当你想调用它所指向的函数时，你可以这样写： (*my_func_ptr)(7, Arbitrary String); 你可以将一种类型的函数指针转换成另一种函数指针类型，但你不可以将一个函数指针指向一个void *型的数据指针。其他的转换操作就不用详叙了。一个函数指针可以被设置为0来表明它是一个空指针。所有的比较运算符（==, !=, , , =, =）都可以使用，可以使用“==0”或通过一个显式的布尔转换来测试指针是否为空（null）。 在C语言中，函数指针通常用来像qsort一样将函数作为参数，或者作为Windows系统函数的回调函数等等。函数指针还有很多其他的应用。函数指针的实现很简单：它们只是“代码指针（code pointer）”，它们体现在汇编语言中是用来保存子程序代码的首地址。而这种函数指针的存在只是为了保证使用了正确的调用规范。 成员函数指针 在C++程序中，很多函数是成员函数，即这些函数是某个类中的一部分。你不可以像一个普通的函数指针那样指向一个成员函数，正确的做法应该是，你必须使用一个成员函数指针。一个成员函数的指针指向类中的一个成员函数，并和以前有相同的参数，声明如下： float (SomeClass::*my_memfunc_ptr)(int, char *); //对于使用const关键字修饰的成员函数，声明如下： float (SomeClass::*my_const_memfunc_ptr)(int, char *) const; 注意使用了特殊的运算符（::*），而“SomeClass”是声明中的一部分。成员函数指针有一个可怕的限制：它们只能指向一个特定的类中的成员函数。对每一种参数的组合，需要有不同的成员函数指针类型，而且对每种使用const修饰的函数和不同类中的函数，也要有不同的函数指针类型。在MSVC中，对下面这四种调用方式都有一种不同的调用类型：__cdecl