【转】山寨一个 Boost.Bind

原文地址：http://www.cppblog.com/Streamlet/archive/2012/04/21/172241.html   点击打开链接

一直比较好奇 boost::bind 里面占位符和参数的顺序是怎么实现的，也一直看不太懂这方面源代码，昨晚好好看了下，终于有点弄懂了。小记一笔，与大家分享。

先看一个简单的用例：

#include<boost/bind.hpp>

 

int foo(bool a,int b, double c)

{

    return 0;

}

 

int main()

{

    boost::bind(foo, _2, 2, _1)(3.0, true); // foo(true, 2, 3.0)

    return 0;

}

这里有两个步骤，第一步是绑定过程，第二步是调用。

绑定过程给出了 boost::bind 所需要的几乎所有信息——只有两个参数——_1 和 _2——的类型和值，有待确定。但是他们的顺序是确定了的，类型实际上也由函数签名所限制。bind 是一个函数，返回一个 bind_t 类型的对象，bind_t 是一个仿函数。

三个参数时 bind_t 应具备的参数信息：

参数1参数2参数3占位符2绑定值占位符1

调用的时候给出的参数表只有两个：

参数1参数2值1值2

调用时的参数匹配过程如下：

我们暂且把第二列中的参数表称为 BindList，第三列的参数表称为 CallList。BindList 和 CallList 都需要保存参数，这部分公用的东西先简单实现如下：

struct BindArguments0

{

};

 

template <typename A1>

struct BindArguments1 :public BindArguments0

{

    BindArguments1(A1 a1) : a1(a1)

    {

    }

    A1 a1;

};

 

template <typename A1,typename A2>

struct BindArguments2 :public BindArguments1<A1>

{

    BindArguments2(A1 a1, A2 a2) : BindArguments1(a1), a2(a2)

    {

    }

    A2 a2;

};

 

template <typename A1,typename A2, typename A3>

struct BindArguments3 :public BindArguments2<A1, A2>

{

    BindArguments3(A1 a1, A2 a2, A3 a3) : BindArguments2(a1, a2), a3(a3)

    {

    }

    A3 a3;

};

为了简洁和突出关键，我们暂时只实现到 3 个参数。从上面的代码看，多一个参数，代码是线性增长的，不是指数级增长的，所以很容易（人工地）扩充到所需要的参数个数。如果需要玩些花样，可以使用宏循环技巧自动生成代码，这部分东西在《C++ 下 Function 对象的实现（下）》中已经谈到过，本文不再赘述。

接下来实现 CallList0 到 CallList3，它除了存储参数，还具备用占位符查询出实际值的能力。占位符实现如下：

staticstruct PlaceHolder1

{

} _1;

staticstruct PlaceHolder2

{

} _2;

staticstruct PlaceHolder3

{

} _3;

对，就这么简单粗暴就可以了。网上有些文章说使用 int to type，那也可以，做成这样：

template <int i>

struct PlaceHolder

{

};

 

static PlaceHolder<1> _1;

static PlaceHolder<2> _2;

static PlaceHolder<3> _3;

但关键点不在这里。我们只要能对各种占位符区分类型就可以了。下文以第一个简单的定义为准。

CallList 这样子定义（灰色的先假装没看见）：

class CallList0 :public BindArguments0

{

public:

    CallList0()

    {

    }

public:

    template <typename T>

    T operator [](T t)

    {

        return t;

    }

};

 

template <typename A1>

class CallList1 :public BindArguments1<A1>

{

public:

    CallList1(A1 a1) : BindArguments1<A1>(a1)

    {

    }

public:

    A1 operator [](PlaceHolder1)

    {

        return a1;

    }

    template <typename T>

    T operator [](T t)

    {

        return t;

    }

};

 

template <typename A1,typename A2>

class CallList2 :public BindArguments2<A1, A2>

{

public:

    CallList2(A1 a1, A2 a2) : BindArguments2<A1, A2>(a1, a2)

    {

    }

 

public:

    A1 operator [](PlaceHolder1)

    {

        return a1;

    }

    A2 operator [](PlaceHolder2)

    {

        return a2;

    }

    template <typename T>

    T operator [](T t)

    {

        return t;

    }

};

 

template <typename A1,typename A2, typename A3>

class CallList3:public BindArguments3<A1, A2, A3>

{

public:

    CallList3(A1 a1, A2 a2, A3 a3) : BindArguments3(a1, a2, a3)

    {

    }

 

public:

    A1 operator [](PlaceHolder1)

    {

        return a1;

    }

 

    A2 operator [](PlaceHolder2)

    {

        return a2;

    }

 

    A3 operator [](PlaceHolder3)

    {

        return a3;

    }

 

    template <typename T>

    T operator [](T t)

    {

        return t;

    }

};

存储已经由 BindArguments 负责了，CallList 实现了 operator[] 用于从 PlaceHolderN 查询调用时的参数 aN。

还有一个问题，CallList 中的参数个数往往会比 BindList 中的少（其中某几个已经用实际值绑定了），这样，从 BindList 到 CallList 查询的时候，需要判断哪些是 PlaceHolder，哪些是实际参数，这就不太好操作了。为了到时候统一写法，我们让 CallList 不仅支持使用 PlaceHolder 查询，也支持使用实际参数值来查询。增加上面灰色代码，使用实际参数查询的时候，直接返回那个值。

CallList 就到此为止。现在开始实现 BindList。跟 CallList 一样，每个 BindList 都继承 BindArguments。……似乎这样就完事了？BindList 貌似没其他事情好做了。。。不过，BindList 里面保存了最原始的参数个数信息，如果我们不对函数进行萃取的话，参数个数只能从这里获取，因此调用过程只能写在这里——貌似还没说清楚，不要紧，这是后话。暂且把相关代码变灰，等下就可以看到原委了。

class BindList0 :public BindArguments0

{

public:

    BindList0()

    {

    }

 

public:

    template <typename F, typename A>

    void operator ()(F f, A a)

    {

        f();

    }

};

 

template <typename A1>

class BindList1 :public BindArguments1<A1>

{

public:

    BindList1(A1 a1) : BindArguments1<A1>(a1)

    {

    }

 

public:

    template <typename F, typename A>

    void operator ()(F f, A a)

    {

        f(a[a1]);

    }

};

 

template <typename A1,typename A2>

class BindList2 :public BindArguments2<A1, A2>

{

public:

    BindList2(A1 a1, A2 a2) : BindArguments2<A1, A2>(a1, a2)

    {

    }

 

public:

    template <typename F, typename A>

    void operator ()(F f, A a)

    {

        f(a[a1], a[a2]);

    }

};

 

template <typename A1,typename A2, typename A3>

class BindList3:public BindArguments3<A1, A2, A3>

{

public:

    BindList3(A1 a1, A2 a2, A3 a3) : BindArguments3(a1, a2, a3)

    {

    }

 

public:

    template <typename F, typename A>

    void operator ()(F f, A a)

    {

        f(a[a1], a[a2], a[a3]);

    }

};

快到最后一步了。我们现在可以来考虑 Bind 的最终形式了——模版类？模板函数？从使用上来说，模版类在用的时候必须给出模版参数，想象一下这样的写法：

bind<int (bool, int, double), PlaceHolder2, int, PlaceHolder1>(foo, _2, 2, _1)）

……太没有易用性了。而模版函数则不用事先给出模版参数。boost::bind 也实现成了一组模板函数。同时，函数 Bind 返回的东西必须是可执行体，而且要包含一个BindList，C++ 里面只有仿函数能做到。这个结构我们定义为 BindT。先看代码：

template <typename F,typename BL>

class BindT

{

public:

    BindT(F f, BL bl) : f(f), bl(bl)

    {

 

    }

 

public:

    voidoperator ()()

    {

        bl(f, CallList0());

    }

 

    template <typename A1>

    voidoperator ()(A1 a1)

    {

        bl(f, CallList1<A1>(a1));

    }

 

    template <typename A1,typename A2>

    voidoperator ()(A1 a1, A2 a2)

    {

        bl(f, CallList2<A1, A2>(a1, a2));

    }

 

    template <typename A1,typename A2, typename A3>

    voidoperator ()(A1 a1, A2 a2, A3 a3)

    {

        bl(f, CallList3<A1, A2, A3>(a1, a2, a3));

    }

 

private:

    F f;

    BL bl;

};

BindT 保存了函数 f 以及 BindList bl。我们找一个 operator()(A1 a1) 来看，里面写成了 bl(f, CallList1<A1>(a1));，这得益于 BindList 里面实现了 operator()()。

按通常理解，可能会写成这样：

CallList1<A1> cl(a1);

f(cl[bl.a1], cl[bl.a2], ……) 等等，bl 里面到底有几个元素？这就不知道了，因为 BindT 接受的只是一个 BindList，所以需要 BindList 给出执行形式。因此，上面 BindList 需要灰色部分的 operator()() 代码。（当然，也可以换种实现方法，抛弃 BindList，在 BindT 中将参数散开来，这看上去也是可行的。）

最后，给出一组 Bind 模版函数，作为最终使用接口：

template <typename F>

BindT<F, BindList0> Bind(F f)

{

    return BindT<F, BindList0>(f, BindList0());

}

 

template <typename F,typename T1>

BindT<F, BindList1<T1>> Bind(F f, T1 t1)

{

    return BindT<F, BindList1<T1>>(f, BindList1<T1>(t1));

}

 

template <typename F,typename T1, typename T2>

BindT<F, BindList2<T1, T2>> Bind(F f, T1 t1, T2 t2)

{

    return BindT<F, BindList2<T1, T2>>(f, BindList2<T1, T2>(t1, t2));

}

 

template <typename F,typename T1, typename T2, typename T3>

BindT<F, BindList3<T1, T2, T3>> Bind(F f, T1 t1, T2 t2, T3 t3)

{

    return BindT<F, BindList3<T1, T2, T3>>(f, BindList3<T1, T2, T3>(t1, t2, t3));

}

好了，简单实现到此为止。我们这里只是注重了参数表如何存储，如何使用占位符更改顺序，对于其他问题则没有做过多考虑。还有诸如 const/非const、有返回值/无返回值，引用/非引用、函数指针/成员函数/仿函数等问题都没有涉及。以上代码仅仅支持普通函数，不支持成员函数和仿函数。

 

做个简单的测试：

int foo0()

{

    return 0;

}

 

int foo1(int a)

{

    return 0;

}

 

int foo2(int a,int b)

{

    return 0;

}

 

int foo3(int a,int b, int c)

{

    return 0;

}

 

int main()

{

    Bind(foo0)();

    Bind(foo1, _1)(1);

    Bind(foo1, 2)();

    Bind(foo2, _1, _2)(1, 2);

    Bind(foo2, _2, _1)(1, 2);

    Bind(foo2, _1, 1)(2);

    Bind(foo2, 1, _1)(2);

    Bind(foo2, 1, 2)();

    Bind(foo3, _1, _2, _3)(1, 2, 3);

    Bind(foo3, _1, _3, _2)(1, 2, 3);

    Bind(foo3, _2, _1, _3)(1, 2, 3);

    Bind(foo3, _2, _3, _1)(1, 2, 3);

    Bind(foo3, _3, _1, _2)(1, 2, 3);

    Bind(foo3, _3, _2, _1)(1, 2, 3);

    Bind(foo3, _1, _2, 3)(1, 2);

    Bind(foo3, _2, _1, 3)(1, 2);

    Bind(foo3, _1, 2, 3)(1);

 

    return 0;

}

将以上代码合起来（去除开头第一段代码和中间一个 PlaceHolder<N>的代码），就是可运行的程序了。（VS2010通过）

示例程序中的各个结构与 boost::bind 实际代码的对应关系如下：

示例代码boostBindbindBindT_bi::bind_tBindListNlistNCallListNlistNBindArgumentsNstorageNPlaceHolderNarg<N>

BindList 和 CallList 在 boost::bind 的实现中是合并的，这是阅读时的很大干扰源。所以刚才把他们拆了讲，但愿能写明白些。

好久没发了，请各位指教。

#include <iostream>using namespace std;struct BindArguments0 {};template <typename A1>struct BindArguments1 : public BindArguments0{public:    BindArguments1(A1 a1) : a1(a1) {}    A1 a1;};template <typename A1, typename A2>struct BindArguments2 : public BindArguments1<A1>{public:    BindArguments2(A1 a1, A2 a2) : BindArguments1<A1>(a1), a2(a2) {}    A2 a2;};template <typename A1, typename A2, typename A3>struct BindArguments3 : public BindArguments2<A1, A2>{    BindArguments3(A1 a1, A2 a2, A3 a3) : BindArguments2<A1, A2>(a1, a2), a3(a3) {}    A3 a3;};///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////#if 1static struct PlaceHolder1 {} _1;static struct PlaceHolder2 {} _2;static struct PlaceHolder3 {} _3;#elsetemplate <int i>struct PlaceHolder {};static PlaceHolder<1> _1;static PlaceHolder<2> _2;static PlaceHolder<3> _3;#endif///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////class CallList0 : public BindArguments0{public:    CallList0() {}public:    template <typename T>    T operator [](T t) {return t;}};template <typename A1>class CallList1 : public BindArguments1<A1>{public:    CallList1(A1 a1) : BindArguments1<A1>(a1) {}public:    A1 operator [](PlaceHolder1)  { return this->a1; }    template <typename T>    T operator [](T t) { return t;}};template <typename A1, typename A2>class CallList2 : public BindArguments2<A1, A2>{public:    CallList2(A1 a1, A2 a2) : BindArguments2<A1, A2>(a1, a2) {}public:    A1 operator [](PlaceHolder1) { return this->a1;}    A2 operator [](PlaceHolder2) { return this->a2;}    template <typename T>    T operator [](T t) {return t;}};template <typename A1, typename A2, typename A3>class CallList3: public BindArguments3<A1, A2, A3>{public:    CallList3(A1 a1, A2 a2, A3 a3) : BindArguments3<A1, A2, A3>(a1, a2, a3) {}public:    A1 operator [](PlaceHolder1) { return this->a1;}    A2 operator [](PlaceHolder2) { return this->a2;}    A3 operator [](PlaceHolder3) { return this->a3;}    template <typename T>    T operator [](T t) { return t;}};///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////class BindList0 : public BindArguments0{public:    BindList0() {}    template <typename F, typename A>    void operator ()(F f, A a) { f();}};template <typename A1>class BindList1 : public BindArguments1<A1>{public:    BindList1(A1 a1) : BindArguments1<A1>(a1) {}    template <typename F, typename A>    void operator ()(F f, A a) { f (a[this->a1]);}};template <typename A1, typename A2>class BindList2 : public BindArguments2<A1, A2>{public:    BindList2(A1 a1, A2 a2) : BindArguments2<A1, A2>(a1, a2) {}    template <typename F, typename A>    void operator ()(F f, A a)  { f(a[this->a1], a[this->a2]);}};template <typename A1, typename A2, typename A3>class BindList3: public BindArguments3<A1, A2, A3>{public:    BindList3(A1 a1, A2 a2, A3 a3) : BindArguments3<A1, A2, A3>(a1, a2, a3) {}public:    template <typename F, typename A>    void operator ()(F f, A a)  { f(a[this->a1], a[this->a2], a[this->a3]); }};template <typename F, typename BL>class BindT{public:    BindT(F f, BL bl) : f(f), bl(bl) {}    void operator ()()    {        bl(f, CallList0());    }    template <typename A1>    void operator ()(A1 a1)    {        bl(f, CallList1<A1>(a1));    }    template <typename A1, typename A2>    void operator ()(A1 a1, A2 a2)    {        bl(f, CallList2<A1, A2>(a1, a2));    }    template <typename A1, typename A2, typename A3>    void operator ()(A1 a1, A2 a2, A3 a3)    {        bl(f, CallList3<A1, A2, A3>(a1, a2, a3));    }private:    F f;    BL bl;};template <typename F>BindT<F, BindList0> Bind(F f){    return BindT<F, BindList0>(f, BindList0());}template <typename F, typename T1>BindT<F, BindList1<T1> > Bind(F f, T1 t1){    return BindT<F, BindList1<T1> >(f, BindList1<T1>(t1));}template <typename F, typename T1, typename T2>BindT<F, BindList2<T1, T2> > Bind(F f, T1 t1, T2 t2){    return BindT<F, BindList2<T1, T2> >(f, BindList2<T1, T2>(t1, t2));}template <typename F, typename T1, typename T2, typename T3>BindT<F, BindList3<T1, T2, T3> > Bind(F f, T1 t1, T2 t2, T3 t3){    return BindT<F, BindList3<T1, T2, T3> >(f, BindList3<T1, T2, T3>(t1, t2, t3));}int foo0(){    printf ("%s\n", "foo0");    return 0;}int foo1(int a){    printf ("%s (a) = %s (%d)\n", "foo1", "foo1", a);    return 0;}int foo2(int a, int b){    printf ("%s (a, b) = %s (%d, %d)\n", "foo2", "foo2", a, b);    return 0;}int foo3(int a, int b, int c){    printf ("%s (a, b, c) = %s (%d, %d, %d)\n", "foo3", "foo3", a, b, c);    return 0;}int main(){    Bind(foo0)();    Bind(foo1, _1)(1);    Bind(foo1, 2)();    Bind(foo2, _1, _2)(1, 2);    Bind(foo2, _2, _1)(1, 2);    Bind(foo2, _1, 1)(2);    Bind(foo2, 1, _1)(2);    Bind(foo2, 1, 2)();    Bind(foo3, _1, _2, _3)(1, 2, 3);    Bind(foo3, _1, _3, _2)(1, 2, 3);    Bind(foo3, _2, _1, _3)(1, 2, 3);    Bind(foo3, _2, _3, _1)(1, 2, 3);    Bind(foo3, _3, _1, _2)(1, 2, 3);    Bind(foo3, _3, _2, _1)(1, 2, 3);    Bind(foo3, _1, _2, 3)(1, 2);    Bind(foo3, _2, _1, 3)(1, 2);    Bind(foo3, _1, 2, 3)(1);    return 0;}