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Boost源码剖析:C++泛型函数指针类

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  探险

  好吧,准备好,我们要出发了,进行深入源码世界的探险。

  先看一个function的最简单的使用:

int g(int); //为了让代码简单,假设g有定义,以后的代码都会如此
function<int(int)> f(g);
f(0);

  间奏——R(T1,T2,...)函数类型

  虽然这个间奏未免早了点儿,但是为了让你以后不会带着迷惑,这显然是必要的。请保持耐心。

  或许你会对模板参数int(int)感到陌生,其实它是个函数型别——函数g的确切型别就是int(int),而我们通常所看到的函数指针型别int (*)(int)则是&g的型别。它们的区别与联系在于:当把g作为一个值进行拷贝的时候(例如,按值传参),其类型就会由int(int)退化为int(*)(int),即从函数类型退化为函数指针类型——因为从语义上说,函数不能被“按值拷贝”,但身为函数指针的地址值则是可以被拷贝的。另一方面,如果g被绑定到引用,则其类型不会退化,仍保持函数类型。例如:

template<class T>

void test_func_type(T ft) //按值传递,类型退化
{
 static_cast<int>(ft); //引发编译错误,从而看出ft的类型为退化后的函数指针
}

int g(int); //函数g,名字g的类型为int(int)
test_func_type(g); //注意,并非&g,参数g的类型将会退化为函数指针类型
int (&ref_f)(int) = g; //注意,并非“= &g”,因为绑定到引用,类型并不退化

  当然,这样的代码不能通过编译,因为static_cast<>显然不会让一个函数指针转换为int,然而我们就是要它通不过编译,这样我们才能窥视到按值传递的参数ft的类型到底是什么,从编译错误中我们看出,ft的类型是int(*)(int),也就是说,在按值传递的过程中,g的类型退化为函数指针类型,变得和&g的类型一样了。而ref_t的类型则是引用,引用绑定则没有引起类型退化。

  请注意,函数类型乃是个极其特殊的类型,在大多数时候它都会退化为函数指针类型,以便满足拷贝语义,只有面对引用绑定的时候,能够维持原来的类型。当然,对于boost::function,总是按值拷贝。

  继续旅程

  好吧,回过神来,我们还有更多地带要去探究。

  function<int(int)>实际上进行了模板偏特化,Boost库给function的类声明为:

template<typename Signature, //函数类型
typename Allocator = ...
> //Allocator并非重点,故不作介绍

class function;

  事实上function类只是个薄薄的外覆(wrapper),真正起作用的是偏特化版本。

  对于function<R(T0)>形式,偏特化版本的function源码像这样(实际上在boost源代码中你看不到模板参数T0的声明,也看不到function1,它们被宏替换掉了,那些精巧的宏是为了减小可见的代码量,至于它们的细节则又是一个世界,以下代码可看作对将那些令人眼花缭乱的宏展开后所得到的代码,具有更好的可读性):

  摘自:”boost/function/function_template.hpp”

template<typename R,typename T0,typename Allocator>
class function<R(T0),Allocator> //对R(T0)函数类型的偏特化版本

:public function1<R,T0,Allocator> //为R(T0)形式的函数准备的基类,在下面讨论
{
 typedef function1<R,T0,Allocator> base_type;
 typedef function selftype;
 struct clear_type{}; //马上你会看到这个蹊跷的类型定义的作用
 public:
  function() : base_type() {} //默认构造
  template<typename Functor> //模板化的构造函数,为了能够接受形式兼容的仿函数对象
  function(Functor f, typename enable_if<
    (ice_not<(is_same<Functor, int>::value)>::value),
    int
  >::type = 0) :base_type(f){}

 function(clear_type*) : base_type() {} //这个构造函数的作用在下面解释
 self_type& operator=(const self_type& f) //同类型function对象之间应该能够赋值
 {
  self_type(f).swap(*this); //swap技巧,细节见《Effective STL》
  return *this;
 }
 ...
};

enable_if

  你一定对模板构造函数中出现的那个冗长的enable_if<...>的作用心存疑惑,其实它的作用说穿了很简单,就是:当用户构造:

function<int(int)> f(0);

  的时候,将该(带有enable_if的)构造函数从重载决议的候选集中踢掉。使重载决议的结果为选中第三个构造函数:

function(clear_type*):base_type(){}

  从而进行缺省构造。 而说得冗长一点就是:当f的类型——Functor——不是int时,该构造函数就是“有效(enable)”的,会被重载决议选中。但如果用户提供了一个0,用意是构造一个空(null)的函数指针,那么该函数就会由于“SFINAE”原则而被从重载决议的候选函数中踢掉。为什么要这样呢?因为该构造函数负责把确切的f保存起来,它假定f并非0。那应该选择谁呢?第三个构造函数!其参数类型是clear_type*,当然,0可以被赋给任何指针,所以它被选出,执行缺省的构造行为。

 
 

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