C++类成员函数指针语法的友好指南

一旦你理解了一般原则，C++ 类成员函数指针不再那么令人生畏。
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如果你正在寻找性能、复杂性或许多可能的解决方法来解决问题，那么在涉及到极端的情况下，C++ 总是一个很好的选择。当然，功能通常伴随着复杂性，但是一些 C++ 的特性几乎难以分辨。根据我的观点，C++ 的类成员函数指针也许是我接触过的最复杂的表达式，但是我会先从一些较简单的开始。

文章中的例子可以在我的 Github 仓库里找到。

C 语言：函数指针

让我们先从一些基础开始：假设你有一个函数接收两个整数作为参数返回一个整数：

  
 
 
   
  
  int sum(int a, int b) {
   
  
   return a+b;
   
  
  }

在纯 C 语言中，你可以创建一个指向这个函数的指针，将其分配给你的 sum(...) 函数，通过解引用来调用它。函数的签名（参数、返回类型）必须符合指针的签名。除此之外，一个函数指针表现和普通的指针相同：

  
 
 
   
  
  int (*funcPtrOne)(int, int);
   
  
   
   
  
  funcPtrOne = ∑
   
  
   
   
  
  int resultOne = funcPtrOne(2, 5);

如果你使用指针作为参数并返回一个指针，这会显得很丑陋：

  
 
 
   
  
  int *next(int *arrayOfInt){
   
  
   return ++arrayOfInt;
   
  
  }
   
  
   
   
  
  int *(*funcPtrTwo)(int *intPtr);
   
  
   
   
  
  funcPtrTwo = &next;
   
  
   
   
  
  int resultTwo = *funcPtrTwo(&array[0]);

C 语言中的函数指针存储着子程序的地址。

指向类成员函数的指针

让我们来进入 C++：好消息是你也许不需要使用类成员函数指针，除非在一个特别罕见的情况下，比如说接下来的例子。首先，你已经知道定义一个类和其中一个成员函数：

  
 
 
   
  
  class MyClass
   
  
  {
   
  
  public:
   
  
   
   
  
   int sum(int a, int b) {
   
  
   return a+b;
   
  
   }
   
  
   
   
  
  };

1、定义一个指针指向某一个类中一个成员函数

声明一个指针指向 MyClass 类成员函数。在此时，你并不知道想调用的具体函数。你仅仅声明了一个指向 MyClass 类中任意成员函数的指针。当然，签名（参数、返回值类型）需要匹配你接下想要调用的 sum(...) 函数：

  
 
 
   
  
  int (MyClass::*methodPtrOne)(int, int);

2、赋值给一个具体的函数

为了和 C 语言（或者静态成员函数）对比，类成员函数指针不需要指向绝对地址。在 C++ 中，每一个类中都有一个虚拟函数表（vtable）用来储存每个成员函数的地址偏移量。一个类成员函数指针指向 vtable 中的某个条目，因此它也只存储偏移值。这样的原则使得多态变得可行。

因为 sum(...) 函数的签名和你的指针声明匹配，你可以赋值签名给它：

  
 
 
   
  
  methodPtrOne = &MyClass::sum;

3、调用成员函数

如果你想使用指针调用一个类成员函，你必须提供一个类的实例：

  
 
 
   
  
  MyClass clsInstance;
   
  
  int result = (clsInstance.*methodPtrOne)(2,3);

你可以使用 . 操作符来访问，使用 * 对指针解引用，通过提供两个整数作为调用函数时的参数。这是丑陋的，对吧？但是你可以进一步应用。

在类内使用类成员函数指针

假设你正在创建一个带有后端和前端的客户端/服务器原理架构的应用程序。你现在并不需要关心后端，相反的，你将基于 C++ 类的前端。前端依赖于后端提供的数据完成初始化，所以你需要一个额外的初始化机制。同时，你希望通用地实现此机制，以便将来可以使用其他初始化函数（可能是动态的）来拓展你的前端。

首先定义一个数据类型用来存储初始化函数（init）的指针，同时描述何时应调用此函数的信息（ticks）：

  
 
 
   
  
  template
   
  
  struct DynamicInitCommand {
   
  
   void (T::*init)(); // 指向额外的初始化函数
   
  
   unsigned int ticks; // 在 init() 调用后 ticks 的数量
   
  
  };

下面一个 Frontend 类示例代码：

  
 
 
   
  
  class Frontend
   
  
  {
   
  
  public:
   
  
   
   
  
   Frontend(){
   
  
   DynamicInitCommand init1, init2, init3;
   
  
   
   
  
   init1 = { &Frontend::dynamicInit1, 5};
   
  
   init2 = { &Frontend::dynamicInit2, 10};
   
  
   init3 = { &Frontend::dynamicInit3, 15};
   
  
   
   
  
   m_dynamicInit.push_back(init1);
   
  
   m_dynamicInit.push_back(init2);
   
  
   m_dynamicInit.push_back(init3);
   
  
   }
   
  
   
   
  
   void tick(){
   
  
   std::cout << "tick: " << ++m_ticks << std::endl;
   
  
   
   
  
   /* 检查延迟初始化 */
   
  
   std::vector>::iterator it = m_dynamicInit.begin();
   
  
   
   
  
   while (it != m_dynamicInit.end()){
   
  
   if (it->ticks < m_ticks){
   
  
   
   
  
   if(it->init)
   
  
   ((*this).*(it->init))(); // 这里是具体调用
   
  
   
   
  
   it = m_dynamicInit.erase(it);
   
  
   
   
  
   } else {
   
  
   it++;
   
  
   }
   
  
   }
   
  
   }
   
  
   
   
  
   unsigned int m_ticks{0};
   
  
   
   
  
  private:
   
  
   
   
  
   void dynamicInit1(){
   
  
   std::cout << "dynamicInit1 called" << std::endl;
   
  
   };
   
  
   
   
  
   void dynamicInit2(){
   
  
   std::cout << "dynamicInit2 called" << std::endl;
   
  
   }
   
  
   
   
  
   void dynamicInit3(){
   
  
   std::cout << "dynamicInit3 called" << std::endl;
   
  
   }
   
  
   
   
  
   unsigned int m_initCnt{0};
   
  
   std::vector > m_dynamicInit;
   
  
  };

在 Frontend 完成实例化后，tick() 函数会被后端以固定的时间时间调用。例如，你可以每 200 毫秒调用一次：

  
 
 
   
  
  int main(int argc, char* argv[]){
   
  
   Frontend frontendInstance;
   
  
   
   
  
   while(true){
   
  
   frontendInstance.tick(); // 仅用于模拟目的
   
  
   std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
   
  
   }
   
  
  }

Fronted 有三个额外的初始化函数，它们必须根据 m_ticks 的值来选择调用哪个。在 ticks 等于何值调用哪个初始化函数的信息存储在数组 m_dynamicInit 中。在构造函数（Frontend()）中，将此信息附加到数组中，以便在 5、10 和 15 个 tick 后调用其他初始化函数。当后端调用 tick() 函数时，m_ticks 值会递增，同时遍历数组 m_dynamicInit 以检查是否必须调用初始化函数。

如果是这种情况，则必须通过引用 this 指针来取消引用成员函数指针：

  
 
 
   
  
  ((*this).*(it->init))()

总结

如果你并不熟悉类成员函数指针，它们可能会显得有些复杂。我做了很多尝试和经历了很多错误，花了一些时间来找到正确的语法。然而，一旦你理解了一般原理后，方法指针就变得不那么可怕了。

这是迄今为止我在 C++ 中发现的最复杂的语法。

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