We do not always find visible happiness in proportion to visible virtue

梦幻白桦林

SHARE

  C++博客 :: 首页 :: 联系 :: 聚合  :: 管理
  14 Posts :: 58 Stories :: 62 Comments :: 0 Trackbacks

公告

常用链接

留言簿(5)

搜索

  •  

最新随笔

最新评论

阅读排行榜

委托(delegate)
  
  和成员函数指针不同,你不难发现委托的用处。最重要的,使用委托可以很容易地实现一个 Subject/Observer设计模式的改进版[GoF, p. 293]。Observer(观察者)模式显然在GUI中有很多的应用,但我发现它对应用程序核心的设计也有很大的作用。委托也可用来实现策略(Strategy)[GoF, p. 315]和状态(State)[GoF, p. 305]模式。
  
  现在,我来说明一个事实,委托和成员函数指针相比并不仅仅是好用,而且比成员函数指针简单得多!既然所有的.NET语言都实现了委托,你可能会猜想如此高层的概念在汇编代码中并不好实现。但事实并不是这样:委托的实现确实是一个底层的概念,而且就像普通的函数调用一样简单(并且很高效)。一个C++委托只需要包含一个this 指针和一个简单的函数指针就够了。当你建立一个委托时,你提供这个委托一个this指针,并向它指明需要调用哪一个函数。编译器可以在建立委托时计算出调整this指针需要的偏移量。这样在使用委托的时候,编译器就什么事情都不用做了。这一点更好的是,编译器可以在编译时就可以完成全部这些工作,这样的话,委托的处理对编译器来说可以说是微不足道的工作了。在x86系统下将委托处理成的汇编代码就应该是这么简单:
  
  mov ecx, [this]
  
  call [pfunc]
  
  但是,在标准C++中却不能生成如此高效的代码。 Borland为了解决委托的问题在它的C++编译器中加入了一个新的关键字(__closure),用来通过简洁的语法生成优化的代码。GNU编译器也对语言进行了扩展,但和Borland的编译器不兼容。如果你使用了这两种语言扩展中的一种,你就会限制自己只使用一个厂家的编译器。而如果你仍然遵循标准C++的规则,你仍然可以实现委托,但实现的委托就不会是那么高效了。
  
  有趣的是,在C#和其他.NET语言中,执行一个委托的时间要比一个函数调用慢8倍(参见http://msdn.microsoft.com/library/en- us/dndotnet/html/fastmanagedcode.asp)。我猜测这可能是垃圾收集和.NET安全检查的需要。最近,微软将“统一事件模型(unified event model)”加入到Visual C++中,随着这个模型的加入,增加了__event、 __raise、__hook、__unhook、event_source和event_receiver等一些关键字。坦白地说,我对加入的这些特性很反感,因为这是完全不符合标准的,这些语法是丑陋的,因为它们使这种C++不像C++,并且会生成一堆执行效率极低的代码。
  
  解决这个问题的推动力:对高效委托(fast delegate)的迫切需求
  
  使用标准C++实现委托有一个过度臃肿的症状。大多数的实现方法使用的是同一种思路。这些方法的基本观点是将成员函数指针看成委托��但这样的指针只能被一个单独的类使用。为了避免这种局限,你需要间接地使用另一种思路:你可以使用模版为每一个类建立一个“成员函数调用器(member function invoker)”。委托包含了this指针和一个指向调用器(invoker)的指针,并且需要在堆上为成员函数调用器分配空间。
  
  对于这种方案已经有很多种实现,包括在CodeProject上的实现方案。各种实现在复杂性上、语法(比如,有的和C#的语法很接近)上、一般性上有所不同。最具权威的一个实现是boost::function。最近,它已经被采用作为下一个发布的C++标准版本中的一部分[Sutter1]。希望它能够被广泛地使用。
  
  就像传统的委托实现方法一样,我同样发觉这种方法并不十分另人满意。虽然它提供了大家所期望的功能,但是会混淆一个潜在的问题:人们缺乏对一个语言的底层的构造。 “成员函数调用器”的代码对几乎所有的类都是一样的,在所有平台上都出现这种情况是令人沮丧的。毕竟,堆被用上了。但在一些应用场合下,这种新的方法仍然无法被接受。
  
  我做的一个项目是离散事件模拟器,它的核心是一个事件调度程序,用来调用被模拟的对象的成员函数。大多数成员函数非常简单:它们只改变对象的内部状态,有时在事件队列(event queue)中添加将来要发生的事件,在这种情况下最适合使用委托。但是,每一个委托只被调用(invoked)一次。一开始,我使用了boost:: function,但我发现程序运行时,给委托所分配的内存空间占用了整个程序空间的三分之一还要多!“我要真正的委托!”我在内心呼喊着,“真正的委托只需要仅仅两行汇编指令啊!”
  
  我并不能总是能够得到我想要的,但后来我很幸运。我在这儿展示的代码(代码下载链接见译者注)几乎在所有编译环境中都产生了优化的汇编代码。最重要的是,调用一个含有单个目标的委托(single-target delegate)的速度几乎同调用一个普通函数一样快。实现这样的代码并没有用到什么高深的东西,唯一的遗憾就是,为了实现目标,我的代码和标准C++ 的规则有些偏离。我使用了一些有关成员函数指针的未公开知识才使它能够这样工作。如果你很细心,而且不在意在少数情况下的一些编译器相关(compiler-specific)的代码,那么高性能的委托机制在任何C++编译器下都是可行的。
  
  诀窍:将任何类型的成员函数指针转化为一个标准的形式
  
  我的代码的核心是一个能够将任何类的指针和任何成员函数指针分别转换为一个通用类的指针和一个通用成员函数的指针的类。由于C++没有“通用成员函数(geneic member function)”的类型,所以我把所有类型的成员函数都转化为一个在代码中未定义的CGenericClass类的成员函数。
  
  大多数编译器对所有的成员函数指针平等地对待,不管他们属于哪个类。所以对这些编译器来说,可以使用reinterpret_cast将一个特定的成员函数指针转化为一个通用成员函数指针。事实上,假如编译器不可以,那么这个编译器是不符合标准的。对于一些接近标准(almost-compliant)的编译器,比如Digital Mars,成员函数指针的reinterpret_cast转换一般会涉及到一些额外的特殊代码,当进行转化的成员函数的类之间没有任何关联时,编译器会出错。对这些编译器,我们使用一个名为horrible_cast的内联函数(在函数中使用了一个union来避免C++的类型检查)。使用这种方法看来是不可避免的��boost::function也用到了这种方法。
  
  对于其他的一些编译器(如Visual C++, Intel C++和Borland C++),我们必须将多重(multiple-)继承和虚拟(virtual-)继承类的成员函数指针转化为单一(single-)继承类的函数指针。为了实现这个目的,我巧妙地使用了模板并利用了一个奇妙的戏法。注意,这个戏法的使用是因为这些编译器并不是完全符合标准的,但是使用这个戏法得到了回报:它使这些编译器产生了优化的代码。
  
  既然我们知道编译器是怎样在内部存储成员函数指针的,并且我们知道在问题中应该怎样为成员函数指针调整this指针,我们的代码在设置委托时可以自己调整this指针。对单一继承类的函数指针,则不需要进行调整;对多重继承,则只需要一次加法就可完成调整;对虚拟继承...就有些麻烦了。但是这样做是管用的,并且在大多数情况下,所有的工作都在编译时完成!
  
  这是最后一个诀窍。我们怎样区分不同的继承类型?并没有官方的方法来让我们区分一个类是多重继承的还是其他类型的继承。但是有一种巧妙的方法,你可以查看我在前面给出了一个列表(见中篇)——对MSVC,每种继承方式产生的成员函数指针的大小是不同的。所以,我们可以基于成员函数指针的大小使用模版!比如对多重继承类型来说,这只是个简单的计算。而在确定unknown_inheritance(16字节)类型的时候,也会采用类似的计算方法。
  
  对于微软和英特尔的编译器中采用不标准12字节的虚拟继承类型的指针的情况,我引发了一个编译时错误(compile-time error),因为需要一个特定的运行环境(workaround)。如果你在MSVC中使用虚拟继承,要在声明类之前使用 FASTDELEGATEDECLARE宏。而这个类必须使用unknown_inheritance(未知继承类型)指针(这相当于一个假定的 __unknown_inheritance关键字)。例如:
  
FASTDELEGATEDECLARE(CDerivedClass)
  
  
class CDerivedClass : virtual public CBaseClass1, virtual public CBaseClass2 {
  
  
// : (etc)
  
  };

  
  这个宏和一些常数的声明是在一个隐藏的命名空间中实现的,这样在其他编译器中使用时也是安全的。MSVC(7.0或更新版本)的另一种方法是在工程中使用/vmg编译器选项。而Inter的编译器对/vmg编译器选项不起作用,所以你必须在虚拟继承类中使用宏。我的这个代码是因为编译器的bug才可以正确运行,你可以查看代码来了解更多细节。而在遵从标准的编译器中不需要注意这么多,况且在任何情况下都不会妨碍FASTDELEGATEDECLARE宏的使用。
  
  一旦你将类的对象指针和成员函数指针转化为标准形式,实现单一目标的委托(single-target delegate)就比较容易了(虽然做起来感觉冗长乏味)。你只要为每一种具有不同参数的函数制作相应的模板类就行了。实现其他类型的委托的代码也大都与此相似,只是对参数稍做修改罢了。
  
  这种用非标准方式转换实现的委托还有一个好处,就是委托对象之间可以用等式比较。目前实现的大多数委托无法做到这一点,这使这些委托不能胜任一些特定的任务,比如实现多播委托(multi-cast delegates) [Sutter3]。
  
  静态函数作为委托目标(delegate target)
  
  理论上,一个简单的非成员函数(non-member function),或者一个静态成员函数(static member function)可以被作为委托目标(delegate target)。这可以通过将静态函数转换为一个成员函数来实现。我有两种方法实现这一点,两种方法都是通过使委托指向调用这个静态函数的“调用器(invoker)”的成员函数的方法来实现的。
posted on 2007-06-08 00:18 colys 阅读(416) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: C++

只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理