关于函数指针和类型

关于函数指针和类型

C++语言本质上由两部分组成：数据和代码。编程语言主要关注于操作数据，它可以对数据进行最精细的调整，但一般并不关心生成什么样的代码。事实上代码的具体形式是由编译器控制的，编程语言只要求完成相应的功能。

数据分数据类型和数据实例，前者是数据的格式，后者是数据在内存中的实体。当我们定义了一个数据类型时，同时也自动生成了一个相应的指针类型，所以没有必要再显式的声明一个指针类型。而对于函数类型则并非如此。首先函数类型的数据类型的一个显著不同是：同一数据类型不同实例可以有不同的数据值，每一个实例的大小是确定的；而同一函数类型的不同实例是不同函数代码，它的大小是不确定的，甚至，C++并不关心函数的大小，编译器自动生成具体的代码。我们可以一下子声明一系列同一类型的数据（比如数组声明），然后再对实例进行操作。但我们无法一下子声明一系列的函数实例，必须对每一个函数实例一一定义。

C++的指针类型大小是固定的。指针就象实例对象的名字，每一个实例都有一个唯一的名字，这个名字其实就是实例在内存中的位置。因为对计算机而言，内存大小是有限制的，从而可以生成的实例数量也是有限制的，那么它们的名字是可以用一个固定长度的整数来表示的（这个值不会大于内存的最大值）。函数指针也不例外，它也是函数在内存中的位置，具有相同的内存长度。一般来说，我们调用的函数名就是这个函数实例的指针。我们可以声明一个函数的指针类型，它是由函数的参数和返回值构成的，也就是说，只要函数的参数和返回值相同，就可以看作相同类型的函数（这里先不考虑调用方式的区别）。

如果函数指针是函数的指针类型的实例，那么什么是函数的类型呢。本质上C++没有函数类型的概念，我们常说的函数类型是指函数的指针类型。但是一方面为了和数据类型保持一致，更重要的是实际的需要，我们确实应该定义函数的类型。

在提及函数类型的一个应用之前，我们不得不讨论一下类的成员函数。类（class或struct）本质上是一个数据类型，它的实例是一系列特定格式的数据。而它的成员函数并不纳入类的大小尺度的计算。因为不管是静态函数还是成员函数，它们都在内存中有固定的位置，这个位置和类的实例没有任何的关系。类的成员函数和普通的函数也没有任何的不同。当然，这是对编译器而言，对程序员来说，并非如此。C++语言中调用一个类的成员函数，意味着这个函数可以访问这个实例的成员变量，而且不用显式的在参数中传递这个实例的指针。但实际上，对编译器而言，调用一个类的成员函数，就是调用一个普通的函数，只不过多传递了一个实例指针。正如a.Func()和Func(&a)这两种形式，只不过书写形式不同而已（Func是一个普通函数，但比a.Func多一个参数）。换言之，即使C++没有成员函数的概念，我们几乎可以编出同样功能的程序，我们可以把一个类的成员函数以类名为前缀（容易识别），声明为一系列的普通函数，这些函数的第一个参数都是一个对应类的指针类型。当我们需要调用类的成员函数时，只要调用特定的函数，并且传递实例的指针作为第一个参数。

当然C++类的成员函数有它的方便之处，这就是我们使用它的原因。而且C++有类的成员函数指针的概念，但就C++本身来说，简直是多此一举。下面是一个类的成员函数的类型声明：

typedef int (A::FUNC)(int);

FUNC是A类的一个成员函数的指针类型，那么什么函数的指针可以是这个类型呢？首先它必须是A的成员函数（这正是问题的所在），然后它必须是一个有一个int类型参数且返回int类型的函数。假设Func是一个满足此条件的函数，

FUNC func = A::Func；

在VC 8.0中要求用以下格式:

FUNC func = &A::Func；

如何调用func呢？首先既然是类的成员函数，一定要指明是哪个实例在调用它，

A a;

A* pa = &a;

int i = (pa->*func)(3);

也就是说必须有类A的一个实例指针pa，但是，我们既然有pa，为什么不用(int i = pa->Func(3))这种形式呢？

如果仅限于此，我想类的成员指针是没有多大用处的。当然，C++允许对成员函数指针进行转换，这种转换必须是在成员函数指针之间，不能转换为普通函数的指针。如果我们使用类的成员函数指针，大多是因为调用者并不知道这个指针是哪个类型的，但是知道它的参数和返回值，并且有一个实例的指针。事实上，对于函数调用来说这就足够了。但是C++不这么认为，它一定要知道那个实例指针的类型，这是有原因的，指针的类型直接控制成员变量的访问方式。成员函数在执行时，可能会访问实例的数据成员，而这种访问是由实例指针传递的，如果传递了一个不正确的指针，就可能造成内存访问错误。

模拟Windows回调函数的机制，假设一个类Control需要把事件通知外部的一个A类。而且这个类(Control)是封装好了的，它要通知的类的类型是不确定的。我们不能在实际使用时，再回头更改代码。一种解决方案是声明一个通用类Common，它没有数据成员，甚至不必实例化，但是它有特定的成员函数正好符合要通知的信息的格式，但这些成员函数没有必要有代码，总之一切只是为了应对C++的类型检查，我们只是使用这个类的类型，不使用它的任何实际的东西。在封装类Control的内部声明一个Common指针pc，再声明一个Common的成员函数指针cf。这样，只要把要接收信息的类的指针传递给pc，再把相应格式的成员函数指针传递给cf，Control类只要调用(pc->*cf)(param)，就可以把信息传递给任何外部的类。对于静态函数，可以不必给pc赋值（或赋任何一个值），但C++不允许把一个静态函数的指针传递给cf，但是可以用一些技巧性的转换。实际情况比这要复杂，还要考虑虚函数，虚继承等。

这个解决方案还有一个重要的问题，就是如果pc和cf传递了错误的值，后果会非常严重。这有两方面：cf并不是pc的成员，cf不是一个对应类型的函数。以下是这个问题的一个解决方案：

template<typename R,typename T> void SetFuncPointer(R* pr,T func)

{

     typedef void (R::*FUNC)(TYPE1,TYPE2);

     FUNC Func = func;

     ………….

}

当func不是FUNC类型，或不是R类型(这个类型由pr参数确定)的成员函数时，这个函数一定会编译报错。而且省去了类型转换的麻烦。

但是在FUNC定义的那一行，对于不同函数，是不同的。我们希望有一个更通用的定义方式，把这个定义抽象化，公式化，而无须每一种函数都不得不写下定义式。比如以下的形式：

typedef R::*FUNCTYPE FT;(C++中并没有这个语法)

其中FUNCTYPE是代表函数参数和返回类型的标识，FT是与之对应的类的成员函数指针定义（格式相同的函数，但是是成员函数）。

事实上，是否定义函数的类型概念并不是根本的，对函数而言，指针类型完全可以代表函数的类型。数据需要数据类型和指针类型是因为我们需要定义相应类型的实例，而对函数来说，它的实例定义本身也就定义了一种隐含的类型（并不需要先有类型才可以定义）。这一方面省去了定义类型的麻烦，但在使用它的类型时，又不得不翻回头来重新定义。所以为了统一和方便，还是加入函数类型概念比较好，以下是一个示例语法：

typedef FUNC (void,int);//第一个参数表示返回类型。

FUNC就是定义的函数类型，它是一个返回void类型，有一个int类型参数的函数。关于函数的返回类型，事实上并不规范。函数的返回值，本质上是一个out参数，也就是一个无须初始化，无须定义的参数。它与其它参数没有本质区别，它不需声明，是因为编译器只是把这个值存在eax寄存器中。函数没有返回值机制，仍然会工作的很好。不过鉴于函数的返回值是数学和其它领域的普遍规范，还是保留这种形式。

允许函数的类型定义自然有一个问题。如果两个函数类型定义参数相同，那么它们是否是一种类型呢？现在的C++对于函数类型指针的规定是可以自由的赋值无须显示转换。这一点和数据类型是不一致的，对于数据结构完全相同的类，事实上是可以通用的，尽管这时，它们的成员的名称可能不同。出现这种规定是自然而然的，但不是必须的。至少它们是可以直接相互赋值的。