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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. int sum(int a, int b) {
    2. 
   
  
  
  2.  return a+b;
    3. 
   
  
  
  3. }
    4.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. int (*funcPtrOne)(int, int);
    2. 
   
  
  
  2.  
    3. 
   
  
  
  3. funcPtrOne = ∑
    4. 
   
  
  
  4.  
    5. 
   
  
  
  5. int resultOne = funcPtrOne(2, 5);
    6.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. int *next(int *arrayOfInt){
    2. 
   
  
  
  2.  return ++arrayOfInt;
    3. 
   
  
  
  3. }
    4. 
   
  
  
  4.  
    5. 
   
  
  
  5. int *(*funcPtrTwo)(int *intPtr);
    6. 
   
  
  
  6.  
    7. 
   
  
  
  7. funcPtrTwo = &next;
    8. 
   
  
  
  8.  
    9. 
   
  
  
  9. int resultTwo = *funcPtrTwo(&array[0]);
    10.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. class MyClass
    2. 
   
  
  
  2. {
    3. 
   
  
  
  3. public:
    4. 
   
  
  
  4.  
    5. 
   
  
  
  5.  int sum(int a, int b) {
    6. 
   
  
  
  6.  return a+b;
    7. 
   
  
  
  7.  }
    8. 
   
  
  
  8.  
    9. 
   
  
  
  9. };
    10.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. int (MyClass::*methodPtrOne)(int, int);
    2.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. methodPtrOne = &MyClass::sum;
    2.

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：

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

  
 
 
    
   
  
  
  1. template
    2. 
   
  
  
  2. struct DynamicInitCommand {
    3. 
   
  
  
  3.  void (T::*init)(); // 指向额外的初始化函数
    4. 
   
  
  
  4.  unsigned int ticks; // 在 init() 调用后 ticks 的数量
    5. 
   
  
  
  5. };
    6.

下面一个 Frontend 类示例代码：

  
 
 
    
   
  
  
  1. class Frontend
    2. 
   
  
  
  2. {
    3. 
   
  
  
  3. public:
    4. 
   
  
  
  4.  
    5. 
   
  
  
  5.  Frontend(){
    6. 
   
  
  
  6.  DynamicInitCommand init1, init2, init3;
    7. 
   
  
  
  7.  
    8. 
   
  
  
  8.  init1 = { &Frontend::dynamicInit1, 5};
    9. 
   
  
  
  9.  init2 = { &Frontend::dynamicInit2, 10};
    10. 
   
  
  
  10.  init3 = { &Frontend::dynamicInit3, 15};
    11. 
   
  
  
  11.  
    12. 
   
  
  
  12.  m_dynamicInit.push_back(init1);
    13. 
   
  
  
  13.  m_dynamicInit.push_back(init2);
    14. 
   
  
  
  14.  m_dynamicInit.push_back(init3);
    15. 
   
  
  
  15.  }
    16. 
   
  
  
  16.  
    17. 
   
  
  
  17.  void tick(){
    18. 
   
  
  
  18.  std::cout << "tick: " << ++m_ticks << std::endl;
    19. 
   
  
  
  19.  
    20. 
   
  
  
  20.  /* 检查延迟初始化 */
    21. 
   
  
  
  21.  std::vector>::iterator it = m_dynamicInit.begin();
    22. 
   
  
  
  22.  
    23. 
   
  
  
  23.  while (it != m_dynamicInit.end()){
    24. 
   
  
  
  24.  if (it->ticks < m_ticks){
    25. 
   
  
  
  25.  
    26. 
   
  
  
  26.  if(it->init)
    27. 
   
  
  
  27.  ((*this).*(it->init))(); // 这里是具体调用
    28. 
   
  
  
  28.  
    29. 
   
  
  
  29.  it = m_dynamicInit.erase(it);
    30. 
   
  
  
  30.  
    31. 
   
  
  
  31.  } else {
    32. 
   
  
  
  32.  it++;
    33. 
   
  
  
  33.  }
    34. 
   
  
  
  34.  }
    35. 
   
  
  
  35.  }
    36. 
   
  
  
  36.  
    37. 
   
  
  
  37.  unsigned int m_ticks{0};
    38. 
   
  
  
  38.  
    39. 
   
  
  
  39. private:
    40. 
   
  
  
  40.  
    41. 
   
  
  
  41.  void dynamicInit1(){
    42. 
   
  
  
  42.  std::cout << "dynamicInit1 called" << std::endl;
    43. 
   
  
  
  43.  };
    44. 
   
  
  
  44.  
    45. 
   
  
  
  45.  void dynamicInit2(){
    46. 
   
  
  
  46.  std::cout << "dynamicInit2 called" << std::endl;
    47. 
   
  
  
  47.  }
    48. 
   
  
  
  48.  
    49. 
   
  
  
  49.  void dynamicInit3(){
    50. 
   
  
  
  50.  std::cout << "dynamicInit3 called" << std::endl;
    51. 
   
  
  
  51.  }
    52. 
   
  
  
  52.  
    53. 
   
  
  
  53.  unsigned int m_initCnt{0};
    54. 
   
  
  
  54.  std::vector > m_dynamicInit;
    55. 
   
  
  
  55. };
    56.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. int main(int argc, char* argv[]){
    2. 
   
  
  
  2.  Frontend frontendInstance;
    3. 
   
  
  
  3.  
    4. 
   
  
  
  4.  while(true){
    5. 
   
  
  
  5.  frontendInstance.tick(); // 仅用于模拟目的
    6. 
   
  
  
  6.  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
    7. 
   
  
  
  7.  }
    8. 
   
  
  
  8. }
    9.

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：

  
 
 
    
   
  
  
  1. ((*this).*(it->init))()
    2.

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。

文章名称：C++类成员函数指针语法的友好指南
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