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。

Person drinking a hot drink at the computer

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 = &sum;

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：

1 2	`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：

1 2	`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：

1
2
3

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<typename T>
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<Frontend> 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<DynamicInitCommand<Frontend>>::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<DynamicInitCommand<Frontend> > 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：