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泛化仿函数用法及参数绑定的问题

简介:
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《C++设计新思维》一书里的泛化仿函数从Command模式讲起。Command模式主要用来降低系统中命令的调用者和执行者间的依存性。设计模式的书里面一般都采用多态的机制,调用者持有Command对象的基类接口,在此处我们称为Command接口,Command接口不知道自己将被用于执行什么命令,一般只包含一个触发命令执行的虚函数,假设名为Excute。各种不同的实际执行命令的Command对象从则Command接口派生,并重写Excute虚函数。这样调用者通过Command接口来触发命令执行时,因为虚函数机制的关系,实际上调用的都是从Command接口派生的Command对象的Excute函数。在这样的设计中,调用者和各种实际的命令对象互不相见,只持有一个Command接口。在C风格的设计中,一般用回调预先保存的函数指针来实现Command模式。

    泛化仿函数可以说是一种回调,但它不但可以保存函数指针,还可以处理实现了operator()的C++对象,C++对象的成员函数。具体实现方法书里面已描述得非常详细,就不再多啰嗦,在此主要说一下项目中运用泛化仿函数的一些心得。基本如下用法:
Functor<RETURN_TYPE,PARAM_TYPE_LIST> cmd1(...);
Functor有两个泛型参数,第一个为函数返回值,第二个为函数的参数列表。构造函数可接受仿函数、类成员函数以及一般函数指针。下面示例代码演示了其用法: 

#include "loki/functor.h"
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
using namespace Loki;

struct TestFunctor
{
    int operator()(string str)
    {
        cout << str << endl;
        return 0;
    }

}
;

struct TestFunctor2
{
    int output(int i)
    {
        cout << i << endl;
        return 2;
    }

}
;

void TestFunction(int i,int j)
{
    cout << i << "," << j << endl;
}


Functor<int,NullType> BindCmd1()
{
    TestFunctor f;

    Functor<int,LOKI_TYPELIST_1(string) > cmd1( f );
    Functor<int,NullType> bcmd1 = BindFirst( cmd1, "another bind cmd1" );

    return bcmd1;
}


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    //泛化仿函数基本用法
    
//Functor<RETURN_TYPE, PARAM_TYPELIST> cmd(...);

    TestFunctor f;
    TestFunctor2 f2;

    //调用operator()仿函数----------------------------
    Functor<int,LOKI_TYPELIST_1(string) > cmd1( f );
    cmd1( "1" );
    //end of 调用operator()仿函数----------------------


    
//调用类成员函数----------------------------------
    Functor<int,LOKI_TYPELIST_1(int) > cmd2( &f2,  &TestFunctor2::output );
    cmd2( 2 );
    //end of调用类成员函数------------------------------


    
//调用一般函数指针---------------------------------
    Functor<void,LOKI_TYPELIST_2(int,int) > cmd3( TestFunction );
    cmd3( 3,4 );
    //end of调用一般函数指针---------------------------

    
//预先绑定命令的参数的调用1
    Functor<int,NullType> bcmd1 = BindFirst( cmd1, "bind cmd1" );
    bcmd1();
    //end of 预先绑定命令的参数的调用1

    
//预先绑定命令的参数的调用2
    Functor<int,NullType> bcmd1_1 = BindCmd1();
    bcmd1_1();
    //end of 预先绑定命令的参数的调用2


    return 0;
}

    用法很简单,上面的几个用法都只有两行,第一行定义泛化仿函数,第二行执行仿函数。实际运用中定义和执行一般都各在不同的地方,如Command模式一样,即它们在时间和空间上是分离的。

    如果您使用了LOKI0.1.5的库,在“预先绑定命令的参数的调用2”的用法中会出现运行时错误,这是我在项目过程中碰到的,经过分析LOKI中Functor实现的代码,终于找到了原因。项目中实际的运用当然不是这样,示例代码只说明了在什么情况下运用才会出错。如代码所示,调用绑定了参数的仿函数时,如果已经离开了所绑定参数的作用域则会出错。而其罪魁祸首在于对绑定的参数作了优化。

  《C++设计新思维》P123中讲到为避免函数转发的成本对函数参数作了优化,如果参数为非基本类型(非内置类型,如自定义的struct,class),则将参数类型更改为该参数的引用类型。如示例中的int operator()(string str)被优化后str参数变成string &str。而当一个引用已离开其所引用对象的作用域后,该引用会成为一个dead reference,使用了dead reference,不可避免地结局就是运行时错误。或许作者不许我们这么使用绑定参数,或者作者没想到我们会这么使用绑定,但至少说明了一点,过多地优化未必是件好事。

    既然知道了为什么会出错,那就容易解决问题了。绑定的原理是将参数保存起来,在调用的时候取出预先保存的参数传递给要调用的函数。如果保存的类型是值类型,那不管是否离开原参数的作用域都不会出错。现在我们来找实现参数绑定的类定义。在Functor.h中找到class BinderFirst,该类中有一个 类型定义如下:
typedef typename Private::BinderFirstBoundTypeStorage<
 typename Private::BinderFirstTraits<OriginalFunctor>
 ::OriginalParm1>::RefOrValue
 BoundTypeStorage;
BoundTypeStorage即保存所绑定参数的类型定义,观其定义可以知道该类型也是做了优化,非基本类型都变成了引用。现在我们来做一点小改动,使用参数原来的类型来保存参数,修改后的定义如下: 
typedef typename Private::BinderFirstTraits<OriginalFunctor>
   ::OriginalParm1
   BoundTypeStorage;
修改完毕后,重新编译运行,一切OK了。

    其实上述改动并不能解决所有问题,这种做法是使用参数的原始类型来保存参数,假如参数本身是个引用类型,那在离开了所引用对象的作用域时调用还是会出错的。最彻底的改法是将引用参数去掉引用作为保存参数的类型。我的做法是在使用的时候做文章,不管参数是否引用类型,定义绑定的Functor时都定义成非引用类型,这样再配合上面的改动,参数必然会使用值类型保存。如果明确地知道调用时不会离开原参数的作用域,那就不必如此了。只要心中有个底,具体用法就视个人运用的环境以及个人做法的喜好了。

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