C++：关于委托类

转自：http://blog.csdn.net/dadalan/article/details/4041931。vs2010已经支持function/bind，能很好实现委托。

［说明］

本文不仅介绍了C++语言应用非常好的一种方法（我甚至觉得应该将它归结为一种设计模式），而且也是对C#语言中委托特性底层实现的一个很好的说明。

阅读本文，你应当对委托的概念有所了解；在讨论委托是实现时，你应当对标准模板库（STL）中的list容器以及迭代器（iterator）有所了解。

在这篇文章中，暂不讨论类成员函数。

1．C#中的委托

你如果对C#语言比较了解的话，就应该会知道C#语言中有一个很好的特性，那就是委托。它能够大大简化在某些特定的场合调用多个相同形式函数的处理。特别是在像Windows程序中，用委托响应消息十分方便。举一个常见的例子。现在的Windows应用程序框架都比较复杂，一个应用程序可能由许多部件组成，很多时候它们都需要响应同一个消息。如在一个MDI中，多个子窗体都要响应主窗体的WM_QUIT消息。很多时候，我们并不需要像MFC那样将所有的处理都封装在类中，我们需要一种简单易用的方法，直观地解决这个问题。这篇文章为你提供了这样的方法。

在具体介绍这篇文章之前，让我们先看看在C#中是怎样使用委托的。首先，在像处理Windows消息这样的操作时，被通知的对象都以一种固定的格式来接受消息。在C#中，处理消息的委托被定义为如下格式：

public delegate void WinEventHandler(object sender, EventArgs arg);

假设在一个MDI中，主窗体由MainFrame实现。我们在主窗体定义一个专门用于处理WM_QUIT消息：

public event WinEventHandler OnQuit;

在上面的声明中，public表明该委托可以在外部访问（注册/删除），event关键字表明这是一个事件，只能在类内部调用，外部不能直接触发它。在MainFrame的窗体过程函数中，WM_QUIT消息是这样被分发的：

protected virtual void WndProc(Message msg,object sender,EventArgs arg)

{

......

switch(msg)

{

......

case WM_QUIT:

OnQuit(sender,arg);

break;

......

}

}

那么，MainFrame的子窗体如何响应主窗体的WM_QUIT消息呢？首先，你要实现子窗体Child1处理该消息的函数，它的声明形式要跟WinEventHandler委托相同：

//In Child1 Class

protected void Child1_On_Quit(object sd, EventArgs ags)

{

this.SaveAll();        file://做些善后工作，如保存当前信息等

……

}

在子窗体被初始化时向MainFrame的OnQuit委托注册这个函数。如果MainFrame是Child1的父窗体，那么其实现可能是这样的：

parent.OnQuit += new WinEventHandler(this.Child1_On_Quit);

这样，当MainFrame收到WM_QUIT消息时，调用OnQuit委托，同时Child1.Child1_On_Quit也被调用，从而实现消息传递。当然，也有子窗体不再需要响应主窗体的WM_QUIT消息的时候。我们可以通过下面的方式从MainFrame的OnQuit委托中注销它：

parent.OnQuit -= new WinEventHandler(this.Child1_On_Quit);

这一步也是很必要的。如果Child1先于主窗体MainFrame被摧毁，而Child1_On_Quit没有从MainFrame.OnQuit委托中注销，则主窗体收到WM_QUIT消息时调用OnQuit委托，它又顺序调用到Child1.Child1_On_Quit，则可能引发空引用异常了。[详细介绍，请参见《IL代码底层运行机制：函数相关]

委托可以接受多个实例方法，因此你可以向一个委托注册多个方法。实际上，委托包含了一个方法引用的列表，当委托被调用时，它将顺序调用其列表中的方法引用。这一点我还会在后面详细说明。

2．在C++中实现委托

我们知道了C#中委托的原理，是不是也可以在C++中实现呢？答案是肯定的。不同的是C#在语言级别提供了对委托的支持，而C++没有，它需要我们对委托进行定制。这样，每种不同形式的委托都要有不同的实现，灵活性大打折扣。幸运的是，作者已经提供了一个名为delegate.exe的实用小工具，它可以帮我们实现由委托声明生成实际代码。其用法将在后面详细介绍。

现在，我们主要考虑的是如何来实现我们自己定制的委托。前面我已经简单介绍了一个委托应当具备的因素：保存方法引用（在C++中是指针，但在这里我还是习惯称之为引用）的列表，添加/删除方法引用，以及最重要的调用例程。有多中方法可以实现这些操作，这里我们采用类来实现。

第一个要考虑的是如何来保存方法引用。因为方法引用（指针）实际上是一个32位无符号整数，因此我也采用无符号整型来存储方法引用（指针）。这里，我定义了这种数据类型：typedef unsigned int NativePtr。在接受

第二是声明这个委托的形式。在这个例子中，我采用void Handle(char *str)的形式作为示例。我们定义这种函数指针类型typedef void (* Handler)(char *str)以供函数调用时，作为由无符号整形向函数指针的转换类型。

第三个要考虑的是怎样实现多个方法引用（指针）的存储。最简单的方法是使用STL中的list列表容器存储。list模板类为我们提供了一组非常方便的列表存取操作方法，它提供的迭代器使我们能够很容易地使用它。在CDelegate类中，我定义了用于存储函数引用的字段ftns：list <NativePtr> ftns．

第四是实现添加／删除函数引用。这里两个操作分别由AddFunction/RemoveFunction来实现。在这里，有一个问题是我们接受什么样的参数类型，怎样接受。毫无疑问，它要接受的是前面定义的Handler类型。但我们已使用32为无符号整型来保存其信息，因此，为了简单起见，AddFunction/RemoveFunction函数的参数为void * 类型，这样它可以接受许多类型的参数。关于使用什么样的类型作为AddFunction/RemoveFunction的参数这一点，我想可能还要详细讨论一下，究竟是前面定义的Handler类型还是void *类型。应该说两种类型都有其优缺点，关键是看我们在什么时候应用。当然，使用我们定制的委托类型（也即前面定义的Handler类型）作为其参数类型可以让编译器为我们做必要的语法检查，以防止不匹配的参数被传替。这就要看实际情况了。

当然，重载 += 和 - = 操作符是必须的了。

最后，也是最重要的是实现我们的Invoke方法。我们对Invoke方法有要求，它必须和我们定制的委托类型是一致的。同时，我们也需要重载（）操作符号，以方便我们像一般函数那样调用它。

下面我给出类的定义部分：

#include <list>

using namespace std;

/*定义一个无符号型32位整数类型,该类型用于存储函数引用(指针)*/

typedef unsigned int NativePtr;

/*定义函数原型,返回值须为空,参数根据需要可改变*/

typedef void (* Handler)(char *);

class CDelegate

{

private:

/* 函数列表,被添加的函数引用(指针)都放在该列表中 */

list<NativePtr> ftns;

public:

/*添加函数引用(指针)*/

void AddFunction(void *);

/*删除函数引用(指针)*/

void RemoveFunction(void *);

/*调用例程:最重要的部分,实现对列表中的函数逐个调用*/

int Invoke(char *);

/*运算符重载AddFunction方法*/

void operator += (void *);

/*运算符重载RemoveFunction方法*/

void operator -= (void *);

/*运算符重载Invoke方法*/

int operator ()(char *);

};

下面我给出各个方法实现的代码。

#include "Delegate.h"

void CDelegate::AddFunction(void *ftn)

{

NativePtr np=(NativePtr)ftn;

ftns.push_back(np);

}

AddFunction函数接受类型为void * 的参数，然后将这个参数强制转换为NativePtr(unsigned int)类型，存放于ftns列表中。注意，这个数值从列表的尾部插入，以实现FIFO。

void CDelegate::RemoveFunction(void *ftn)

{

NativePtr np=(NativePtr)ftn;

ftns.remove(np);

}

RemoveFunction函数接受类型为void * 的参数，然后将这个参数强制转换为NativePtr ( unsigned int ) 类型，再从ftns中删除与它的值相同的元素。

void CDelegate::operator += (void *ftn)

{

this->AddFunction(ftn);

}

+=操作符重载AddFunction方法。

void CDelegate::operator -= (void *ftn)

{

this->RemoveFunction(ftn);

}

-=操作符RemoveFunction方法。

int CDelegate::Invoke(char * pch)

{

Handler handle;

list<NativePtr>::iterator itr=ftns.begin();

try

{

for(;itr!=ftns.end();itr++)

{

handle=(Handler)*itr;

handle(pch);

}

}

catch(char *)

{

return 0;

}

return 1;

}

使用list模板类提供的迭代器，遍历ftns中的每个元素，顺次将元素转化为定制的函数引用（指针）类型，并调用其所对于的函数。这里要求委托返回值必须为空。如有异常，则Invoke返回0值。

int CDelegate::operator ()(char *pch)

{

return Invoke(pch);

}

()操作符重载Invoke方法。

可以看到，我们实现的这个委托类其实很简单。将添加的函数引用（指针）添加到一个列表中；当委托被调用时，将列表中的函数引用逐个取出并调用。C#中的委托的实现也是如此；它对委托的处理，程序生成器的脚色是由编译器扮演的。其实如果你对由C#编译器生成的IL代码进行剖析，每个C#委托声明也都是被转化为继承自某个支持类似功能的类处理的。同时，也正是由于委托管理着多个方法的调用，它不能处理它们的返回值，所以委托要求被委托的函数不能具有返回值。

下面是运行示例：

#include "Delegate.h"

#include <iostream>

#include <windows.h>

void Say1(char *s)

{

cout<<"In Function Say1:   ";

cout<<s<<endl;

}

void Say2(char *s)

{

cout<<"In Function Say2:   ";

cout<<s<<endl;

}

void STHeoaie(char *s)

{

MessageBox(NULL,s,"Delegate",MB_OK);

}

void main()

{

CDelegate dlg;

dlg.AddFunction(Say1);

dlg.AddFunction(Say2);

dlg+=STHeoaie;

int rs=dlg.Invoke("Hello,World!");

if(!rs) cout<<"Failed."<<endl;

/*

第一次调用结果:

*/

dlg-=Say2;

rs=dlg("The second invoking by CDelegate!");

file://等同于dlg. Invoke("The second invoking by CDelegate!")

if(!rs) cout<<"Failed."<<endl;

/*

第二次调用:

*/

dlg-=Say1;

dlg-=STHeoaie;

rs=dlg.Invoke("The Third invoking by CDelegate!");

if(!rs) cout<<"Failed."<<endl;

/*

第三次调用，没有任何输出，因为已注销所以方法:

*/

}

3．关于实用小工具delegate.exe

为了解决在定制委托时的不灵活性，我特意编写了这个小工具，它能够方便地将委托声明转化为如上面所述的代码。下面是其基本用法。

在你的某个头文件中，如test.h，以__delegate 关键字声明一个委托：

__delegate void WinHandler ( HWND hwnd ,UINT message ,WPARAM wParam,LPARAM lParam);

然后转到命令行模式，进入test.h的目录，键如如下命令：

delegate.exe test.h /out test.hxx

它将生成test.hxx文件。你可以向你的源程序中包含这个文件，以使用你所定义的委托。如，可以是这样：#include “test.hxx”

你可以在一个文件里定义多个委托，也可以在多个文件里定义多个委托．但是你只能指定一个的输出文件．如果你没有用/out 选项指定输出文件，则默认输出为delegate.h。如：

delegate.exe test.h test1.h test2.h /out test.hxx

使用/help选项得到帮助信息，使用/version选项得到版本信息．

注意：最新的Visual C++ .Net 版本已经支持同名关键字 __delegate，这是微软公司为了将Visual C++向.net移植而添加的新关键字，只有　Visual C++ .Net 支持，其他如Visual C++ 6.0、Borland C++ Builder 、GNU C++ 等都不支持。但两个完全没有联系．幸运的是，delegate小工具支持/keyword 选项，它可以指定你自己定义的关键字，如__delegate__。