设计模式--委托模式C++实现

原文章地址：http://www.cnblogs.com/zplutor/archive/2011/09/17/2179756.html

【委托模式 C++实现】

我对.Net的委托模型印象很深刻，使用委托，可以快速实现观察者模式，免去写很多繁杂重复的代码。遗憾的是，C++并没有提供这样的模型，为了达到相似的目的，需要继承一个类并重写virtual方法，这种做法需要写很多代码，效率比较低下（使用过MFC的应该都能体会到）。然而，在强大的C++面前，没有什么是不可能的，已经有很多人针对这个问题进行过研究，并且实现了各种委托模型，其中最著名的就是FastDelegate，这个模型在《Member Function Pointers and the Fastest Possible C++ Delegates》中提出（原文地址：http://www.codeproject.com/KB/cpp/FastDelegate.aspx）。这个模型的特点就是“Fast”，因此不可避免地要依赖编译器的具体实现，虽然文章的最后说明该模型已在大部分的编译器上通过了测试，我仍然对此不太放心，要是哪个编译器升级后改变了实现方式，这个模型就不适合使用了。而且，由于自身水平有限以及懒惰的心理，我也不想去深究每种编译器的具体实现方式。我想要的是符合C++标准，与编译器无关的模型，而不管它是否“Fast”。经过不断的摸索，终于写出了这样的一个委托模型，下面与大家分享一下该模型的实现原理。（当然，如果你认为FastDelegate已经满足需求，而且不担心它依赖于编译器，那么完全可以忽略本文）

成员函数指针

在开始之前首先介绍一下成员函数指针，它与非成员函数指针的操作方式有很大的不同。有这么一个类：

class A{
public:

    void Func(int){
        std::cout << "I am in A" << std::endl;
    }
};

要取得Func函数的指针，必须这么做：

void (A::*pFunc)(int) = &A::Func;

::*是一个特殊的操作符，表示pFunc是一个指针，指向A的成员函数。获取成员函数的地址不能通过类对象来获取，必须像上面的那样，通过类名获取，而且要加上取地址操作符（&）。

那么如何通过成员函数指针来调用该函数呢？成员函数都有一个隐含的this参数，表示函数要操作的对象，现在我们只获取到了函数的指针，还缺少一个对象作为this参数。为了达到这个目的，需要先创建一个对象，然后通过该对象来调用成员函数指针：

A a;
(a.*pFunc)(10);
A *pa = &a;
(pa->*pFunc)(11);

第一种方式是通过对象本身来调用，第二种方式是通过对象指针来调用，两种方式的效果都是一样的。.*和->*都是特殊的操作符，不必纠结于它们奇怪的样子，只要知道它们只用于调用成员函数指针就行了。

使用模板类

通过上面的介绍，我们知道了要调用一个成员函数，仅仅有成员函数指针是不够的，还需要一个指向对象的指针，所以要用一个类将两者绑到一起。由于对象的类型是无穷多的，所以这里必须使用类模板：

template <typename T>
class DelegateHandler{
public:
	DelegateHandler(T *pT, void (T::*pFunc)(int)) : m_pT(pT),
				m_pFunc(pFunc){}

	void Invoke(int value){
		(m_pT->*m_pFunc)(value);
	}

private:
	T *m_pT;
	void (T::*m_pFunc)(int);
};

可以像下面那样使用该模板：

A a;
DelegateHandler<A> dha(&a, &A::Func);
dha.Invoke(3);

B b;
DelegateHandler<B> dhb(&b, &B::Method);	//B::Method的声明与A::Func类似
dhb.Invoke(4);

到这里产生了一个问题：如果希望调用的目标是非成员函数，怎么办？上面的类模板无法调用非成员函数，不过使用模板偏特化就可以解决这个问题：

template<>
class DelegateHandler<void>{	//void代替前面的类型T，表示类模板没有参数

public:
	DelegateHandler(void(*pFunc)(int)) : m_pFunc(pFunc){}

	void Invoke(int value){
		(*m_pFunc)(value);
	}

private:
	void(*m_pFunc)(int);
};

使用方法也是一样的：

void NonmemberFunc(int param){
	std::cout << "I am in NonmemberFunc!" << std::endl;
}

DelegateHandler<void> dhf(NonmemberFunc);
dhf.Invoke(5);

使用多态

对于单目标的委托来说，使用上面的代码或许就已经足够了。但是我的目的当然不止于此，我想要的是多目标的委托。多目标委托其实就是一个容器，在这个容器里可以存放多个对象（这里的对象指的是委托对象，不是A也不是B），当调用委托的时候依次调用每个对象。容器里的对象应该都是相同的类型，这样才能够放到强类型的容器中；而且委托调用方不应该知道具体的调用目标是什么，所以这些对象也应该要隐藏具体的细节。遗憾的是，上一步中实现的类模板都不具备这些能力，DelegateHandler<A>和DelegateHandler<B>是不同的类型，不能放到同一个容器中，调用方要调用它们也必须知道调用的目标是什么类型。

解决这个问题的方法就是使用多态，令所有的委托目标类都继承一个公共的接口，调用方只通过这个接口来进行调用，这样就不必知道每个目标（这里的目标还是指的委托）具体的类型。下面就是该接口的定义：

class IDelegateHandler{
public:
	virtual ~IDelegateHandler(){}
	virtual void Invoke(int) = 0;
};

然后令DelegateHandler继承该接口：

template<typename T>
class DelegateHandler : public IDelegateHandler{
public:
	DelegateHandler(T *pT, void (T::*pFunc)(int)) : m_pT(pT),
		m_pFunc(pFunc){}

	virtual void Invoke(int value) override {
		(m_pT->*m_pFunc)(value);
	}

private:
	T *m_pT;
	void (T::*m_pFunc)(int);

};

template<>
class DelegateHandler<void> : public IDelegateHandler{
public:
	DelegateHandler(void (*pFunc)(int)) : m_pFunc(pFunc){}
	virtual void Invoke(int value) override{
		(*m_pFunc)(value);
	}
private:
	void (*m_pFunc)(int);

};

现在可以将各种类型的DelegateHandler放到同一个容器中，并使用同样的方式来调用了：

A a;
B b;
DelegateHandler<A> dha(&a, &A::*Func);
DelegateHandler<B> dhb(&b, &B::*Method);
DelegateHandler<void> dhf(NonmemberFunc);

std::vector<IDelegateHandler*> handlers;
handlers.push_back(&dha);
handlers.push_back(&dhb);
handlers.push_back(&dhf);

//这里的auto等于std::vector<IDelegateHandler*>::const_iterator
for (auto itor = handlers.cbegin(); itor != handlers.cend(); ++itor){
	(*itor)->Invoke(7);
}

注意这里在Linux下编译的时候，如果利用gcc或者g++编译，必须加上 -std=c++ ，因为 auto 、 cbegin() 、 cend() 都是C++11的新特性。