淺談C++11的std::mem_fn源碼解析
1、源碼準(zhǔn)備
本文是基于gcc-4.9.0的源代碼進(jìn)行分析，std::mem_fn是C++11才加入標(biāo)準(zhǔn)的，所以低版本的gcc源碼是沒有std::mem_fn的，建議選擇4.9.0或更新的版本去學(xué)習(xí)，不同版本的gcc源碼差異應(yīng)該不小，但是原理和設(shè)計(jì)思想的一樣的，下面給出源碼下載地址
http://ftp.gnu.org/gnu/gcc
2、通過一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來了解std::mem_fn的作用
算法是C++標(biāo)準(zhǔn)庫中非常重要的組成部分，C++通過算法+容器的方式將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行了分離，這樣可以使用戶編寫代碼的時(shí)候獲得最大限度的靈活性。假設(shè)我們有如下類：
class Age
{
public:
Age(int v)
:m_age(v)
{
}
bool compare(const Age& t) const
{
return m_age < t.m_age;
}
int m_age;
};
我們可以非常方便地使用vector來保存Age對(duì)象，如下：
std::vector<Age> ages{1, 7, 19, 27, 39, 16, 13, 18};
然后非常方便的利用排序算法進(jìn)行排序
std::sort(ages.begin(), ages.end(), compare);
代碼中的compare是額外定義的一個(gè)比較函數(shù)，通過這個(gè)函數(shù)來選擇比較的對(duì)象并決定比較的結(jié)果
bool compare(const Age& t1, const Age& t2)
{
return t1.compare(t2);
}
嚴(yán)格來講，算法中要求的并不是函數(shù)，而是一個(gè)可調(diào)用對(duì)象。C++中的可調(diào)用對(duì)象包括函數(shù)、函數(shù)對(duì)象、Lambda表達(dá)式、參數(shù)綁定等等，它們都可以作為算法的傳入?yún)?shù)，但是如果我們按如下來傳入?yún)?shù)的話，則會(huì)在編譯過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤
std::sort(ages.begin(), ages.end(), &Age::compare);
因?yàn)?amp;Age::compare是類成員函數(shù)，并非一個(gè)可調(diào)用對(duì)象，如果我們要將它作為比較的參數(shù)傳遞進(jìn)去的話，就得用std::mem_fn修飾它，如下所示
std::sort(ages.begin(), ages.end(), std::mem_fn(&Age::compare));
從上面的例子可以看到，std::mem_fn的作用就是將類的成員函數(shù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)可調(diào)用對(duì)象，那么問題來了，std::mem_fn是如何實(shí)現(xiàn)這種功能的呢？下面讓我們通過分析源碼，來揭開std::mem_fn的神秘面紗。
3、std::mem_fn源碼解析
3.1、std::mem_fn解析
std::mem_fn位于libstdc++-v3\include\std\functional中
template<typename _Tp, typename _Class>
inline _Mem_fn<_Tp _Class::*> mem_fn(_Tp _Class::* __pm) noexcept
{
return _Mem_fn<_Tp _Class::*>(__pm);
}
從代碼中可知std::mem_fn是一個(gè)模板函數(shù)，傳入?yún)?shù)為指向_Class類里面的某個(gè)成員函數(shù)的指針，其返回值為_Tp，而該模板函數(shù)返回的值為_Mem_fn<_Tp _Class::*>，接下來看一下_Mem_fn的實(shí)現(xiàn)
3.2、std::_Mem_fn解析
std::_Mem_fn位于libstdc++-v3\include\std\functional中
template<typename _Res, typename _Class, typename... _ArgTypes>
class _Mem_fn<_Res (_Class::*)(_ArgTypes...)> : public _Maybe_unary_or_binary_function<_Res, _Class*, _ArgTypes...>
{
typedef _Res (_Class::*_Functor)(_ArgTypes...);
template<typename _Tp, typename... _Args>
_Res _M_call(_Tp&& __object, const volatile _Class *, _Args&&... __args) const
{
return (std::forward<_Tp>(__object).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename _Tp, typename... _Args>
_Res _M_call(_Tp&& __ptr, const volatile void *, _Args&&... __args) const
{
return ((*__ptr).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename... _Args>
using _RequireValidArgs = _Require<_AllConvertible<_Pack<_Args...>, _Pack<_ArgTypes...>>>;
template<typename _Tp, typename... _Args>
using _RequireValidArgs2 = _Require<_NotSame<_Class, _Tp>, _NotSame<_Class*, _Tp>, _AllConvertible<_Pack<_Args...>, _Pack<_ArgTypes...>>>;
template<typename _Tp, typename... _Args>
using _RequireValidArgs3 = _Require<is_base_of<_Class, _Tp>, _AllConvertible<_Pack<_Args...>, _Pack<_ArgTypes...>>>;
public:
typedef _Res result_type;
explicit _Mem_fn(_Functor __pmf) : __pmf(__pmf) {}
template<typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs<_Args...>>
_Res operator()(_Class& __object, _Args&&... __args) const
{
return (__object.*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs<_Args...>>
_Res operator()(_Class&& __object, _Args&&... __args) const
{
return (std::move(__object).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs<_Args...>>
_Res operator()(_Class* __object, _Args&&... __args) const
{
return (__object->*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename _Tp, typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs2<_Tp, _Args...>>
_Res operator()(_Tp&& __object, _Args&&... __args) const
{
return _M_call(std::forward<_Tp>(__object), &__object,
std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename _Tp, typename... _Args,
typename _Req = _RequireValidArgs3<_Tp, _Args...>>
_Res operator()(reference_wrapper<_Tp> __ref, _Args&&... __args) const
{
return operator()(__ref.get(), std::forward<_Args>(__args)...);
}
private:
_Functor __pmf;
};
從源代碼中可以看出以下幾點(diǎn)信息：
- 該類繼承于_Maybe_unary_or_binary_function，由于_Maybe_unary_or_binary_function和本文分析的內(nèi)容沒有太大關(guān)聯(lián)，大家可以自行百度查詢其用法，這里就不多作介紹了
- 類中有一個(gè)成員__pmf，其類型是指向上一節(jié)傳入mem_fn的那個(gè)類成員函數(shù)的指針，由構(gòu)造函數(shù)初始化
- 接下來重點(diǎn)看一下類中六個(gè)重載的()運(yùn)算符函數(shù)，里面的操作大同小異，基本都是通過__pmf對(duì)應(yīng)的類的對(duì)象（多種形式）來調(diào)用__pmf成員函數(shù)的：
- 第一個(gè)函數(shù)_Res operator()(_Class& __object, _Args&&… __args)：可以看到，其比原始的類成員函數(shù)多要求了一個(gè)傳入?yún)?shù)，也就是__object，類型是一個(gè)類對(duì)象的引用，從函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中可以看到原理就是通過這個(gè)類對(duì)象來直接調(diào)用先前那個(gè)類成員函數(shù)的（沒有這個(gè)類對(duì)象就調(diào)用不成立了，因?yàn)轭惓蓡T函數(shù)是無法直接調(diào)用的，這也是std::mem_fn存在的意義）
- 第二個(gè)函數(shù)_Res operator()(_Class&& __object, _Args&&… __args)：可以看到該方法第一個(gè)傳入?yún)?shù)是一個(gè)右值引用對(duì)象，里面的實(shí)現(xiàn)就是通過std::move將對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)移而已，其它處理與前面是完全一樣的
- 第三個(gè)函數(shù)_Res operator()(_Class* __object, _Args&&… __args)：可以看到該方法傳入了一個(gè)對(duì)象指針，其它處理與前面是完全一樣的
- 第五個(gè)函數(shù)_Res operator()(reference_wrapper<_Tp> __ref, _Args&&… __args)：可以看到該方法傳入了一個(gè)被std::reference_wrapper包裝的引用，流程和前面的基本一致，比較簡(jiǎn)單，這里就不多作分析了（關(guān)于std::reference_wrapper的問題大家可以看一下這篇文章《C++11的std::ref、std::cref源碼解析》，里面有通過源碼分析對(duì)std::reference_wrapper作出了詳細(xì)的介紹，這里就不重復(fù)說明了）
- 第四個(gè)函數(shù)_Res operator()(_Tp&& __object, _Args&&… __args)：這個(gè)就比較復(fù)雜了，這個(gè)函數(shù)是為了處理傳入?yún)?shù)是智能指針或者派生類對(duì)象的一個(gè)情況的?？梢钥吹胶瘮?shù)里調(diào)用了_M_call方法，第二個(gè)參數(shù)看似可有可無，其實(shí)是為了用于給_M_call區(qū)分傳入?yún)?shù)類型是一個(gè)智能指針還是一個(gè)派生類對(duì)象的
- _M_call實(shí)現(xiàn)如下，可以看到，第一個(gè)重載的形式是處理派生類對(duì)象的，第二個(gè)重載的形式是處理智能指針的，代碼比較簡(jiǎn)單，這里就不多作分析了，大家可以自行看一遍就明白了
template<typename _Tp, typename... _Args>
_Res _M_call(_Tp&& __object, const volatile _Class *, _Args&&... __args) const
{
return (std::forward<_Tp>(__object).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
template<typename _Tp, typename... _Args>
_Res _M_call(_Tp&& __ptr, const volatile void *, _Args&&... __args) const
{
return ((*__ptr).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}
3.3、在代碼中正確使用std::_Mem_fn
示例代碼如下，從上面的一大段分析可以知道，我們傳入的ages[2]就是之前一直分析的那個(gè)用于調(diào)用類成員函數(shù)的那個(gè)傳入對(duì)象，而ages[3]就是bool Age::compare(const Age& t)所需要的正常的傳入?yún)?shù)了，也就是上面的可變參數(shù)里面的值。至此std::mem_fn源碼也就分析完畢了
#include <functional>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
class Age
{
public:
Age(int v)
:m_age(v)
{
}
bool compare(const Age& t) const
{
return m_age < t.m_age;
}
int m_age;
};
bool compare(const Age& t1, const Age& t2)
{
return t1.compare(t2);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
std::vector<Age> ages{1, 7, 19, 27, 39, 16, 13, 18};
bool ret = std::mem_fn(&Age::compare)(ages[2], ages[3]);
//std::sort(ages.begin(), ages.end(), std::mem_fn(&Age::compare));
return 0;
}
4、總結(jié)
std::mem_fn在函數(shù)式編程中的作用是非常大的，我們可以使用std::mem_fn生成指向類成員函數(shù)的指針的包裝對(duì)象，該對(duì)象可以存儲(chǔ)，復(fù)制和調(diào)用指向類成員函數(shù)的指針。而我們實(shí)際使用的是std::mem_fn的返回值std::_Mem_fn這個(gè)類，而我們?cè)谡{(diào)用std::_Mem_fn中重載的()方法時(shí)，可以使用類對(duì)象、派生類對(duì)象、對(duì)象引用（包括std::reference_wrapper）、對(duì)象的右值引用、指向?qū)ο蟮闹羔槪òㄖ悄苤羔槪﹣碜鳛榈谝粋€(gè)參數(shù)傳遞進(jìn)去。
到此這篇關(guān)于淺談C++11的std::mem_fn源碼解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11 std::mem_fn源碼內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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