最近對boost的bind部分比較感興趣，對其背后的機制進行了簡單的分析，和大家分享一下。
注，我所看的代碼是boost_1_64_0， 想來各個版本的差異不大。
定義函數
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int?f(int?a,?int?b)?? {?? ????return?a?+?b;?? }?? ?? int?g(int?a,?int?b,?int?c)?? {?? ????return?a?+?b?+?c;?? }??
調用范例：
bind(f, 1, 2)(); //f(1,2)
bind(f, _2, _1)(x, y); // f(y, x)bind(g, _1, 9, _1)(x); // g(x, 9, x)bind(g, _3, _3, _3)(x, y, z); // g(z, z, z)bind(g, _1, _1, _1)(x, y, z); // g(x, x, x)
_1, _2, ... _9在 boost中被稱為placeholder，是占位符的意思。它表示參數。這種方式，我是只在boost中見過，是個非常神奇的用法。
它們究竟是什么呢？，且看定義：(boost/bind/placeholders.hpp)
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boost::arg<1>?_1;?? boost::arg<2>?_2;?? boost::arg<3>?_3;?? boost::arg<4>?_4;?? boost::arg<5>?_5;?? boost::arg<6>?_6;?? boost::arg<7>?_7;?? boost::arg<8>?_8;?? boost::arg<9>?_9;??
boost::arg也是個模板，至于是什么樣的模板，留個懸念吧。
boost bind的這些功能，顛覆了我對C++的看法，從未想到過，C++還可以這么玩。那么，boost究竟是怎么實現的呢？
讀者請注意，bind在這里涉及了兩個參數表。第一個參數表是被bind綁定的函數(例子中f,g函數)的參數表，另外一個是bind生成的新的函數對象的參數表。
這兩個參數表如何實現？如何轉換是我們后面分析的重點。
bind是什么？
bind是函數，是非常神奇的函數，不是一個函數，而是一組函數，是一組重載的函數。
翻開代碼 boost/bind/bind.hpp，找到BOOST_BIND字符串，大約在1290行的位置，boost定義了bind(1.51.0)：
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?? ?? #ifndef?BOOST_BIND?? #define?BOOST_BIND?bind?? #endif?? ?? ?? ?? template<class?R,?class?F>?? ????_bi::bind_t<R,?F,?_bi::list0>?? ????BOOST_BIND(F?f)?? {?? ????typedef?_bi::list0?list_type;?? ????return?_bi::bind_t<R,?F,?list_type>?(f,?list_type());?? }?? ?? template<class?R,?class?F,?class?A1>?? ????_bi::bind_t<R,?F,?typename?_bi::list_av_1<A1>::type>?? ????BOOST_BIND(F?f,?A1?a1)?? {?? ????typedef?typename?_bi::list_av_1<A1>::type?list_type;?? ????return?_bi::bind_t<R,?F,?list_type>?(f,?list_type(a1));?? }?? ?? ?? template<class?R,?class?F,?class?A1,?class?A2>?? ????_bi::bind_t<R,?F,?typename?_bi::list_av_2<A1,?A2>::type>?? ????BOOST_BIND(F?f,?A1?a1,?A2?a2)?? {?? ????typedef?typename?_bi::list_av_2<A1,?A2>::type?list_type;?? ????return?_bi::bind_t<R,?F,?list_type>?(f,?list_type(a1,?a2));?? }?? ....??
太多了，只貼3個，足以說明問題。
模板參數
- R 表示返回類型
- F ?表示函數指針的類型
- A1,A2, .... 這些都是參數的類型
boost將BOOST_BIND定義為bind。所以，你看到的BOOST_BIND就是對bind函數的定義。
bind函數非常簡單，它其實就是返回一個bind_t類的對象。bind_t類也是一個模板類。 如果仔細觀察，你可以發現，這些不同參數的bind函數，其實現上不同在于
list_av_N這一系列的輔助類是不同的。list_av_1表示一個參數，list_av_2表示兩個參數, 以此類推。
這里的list_av_N對象，是第一個參數表，是函數F要求的參數表，這個參數表是可以包含placeholder的。
list_av_N對象其實只是一個包裝對象。我們以list_av_2為例：
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template<class?A1,?class?A2>?struct?list_av_2?? {????? ????typedef?typename?add_value<A1>::type?B1;?? ????typedef?typename?add_value<A2>::type?B2;?? ????typedef?list2<B1,?B2>?type;?? };???? list_av_2的作用，僅僅是為了包裝而已。list_av_2::type == ist2<A1,A2> == list_type。
bind_t是什么東東?
奧秘在bind_t中，且看bind_t的定義 (也在boost/bind/bind.hpp中。下面只是bind_t的一種定義方法，但是道理都是一樣的)
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template<class?R,?class?F,?class?L>?class?bind_t?? {?? public:?? ?? ????typedef?bind_t?this_type;?? ?? ????bind_t(F?f,?L?const?&?l):?f_(f),?l_(l)?{}?? ?????? #define?BOOST_BIND_RETURN?return?? #include?<boost/bind/bind_template.hpp>?? #undef?BOOST_BIND_RETURN?? ?????? };?? 模板參數R代表return type, F代表function type, L表示的是listN(list0,list1,list2,....)，這個是關鍵啊。
至于bind_template.hpp，這個源代碼也比較簡單，主要是定義了operator () 的實現。
bind_t重載括號運算符，因此，bind_t可以像函數那樣調用。而且，
bind_t的operator()有N多個重載，分別對應的是不同的參數類型和參數個數。這使得我們可以用不同的參數調用bind_t的對象。
我們摘抄一個有一兩個參數的括號重載，看看
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.....?? ????template<class?A1>?result_type?operator()(A1?&?a1)?? ????{?? ????????list1<A1?&>?a(a1);?? ????????BOOST_BIND_RETURN?l_(type<result_type>(),?f_,?a,?0);?? ????}?? ....?? ?? ????template<class?A1,?class?A2>?result_type?operator()(A1?&?a1,?A2?&?a2)?? ????{?? ????????list2<A1?&,?A2?&>?a(a1,?a2);?? ????????BOOST_BIND_RETURN?l_(type<result_type>(),?f_,?a,?0);?? ????}?? ......?? f_就是函數指針，這個不用多說；l_是 L (listN)對象。?
請注意，這里有兩個listN出現：
一個是l_?這是針對f_提供的參數列表，其中包含_1,_2,....這樣的placeholder一個是生成的臨時變量?a, 這個是bind_t函數對象在調用時 的參數列表
之所以一直強調兩個listN，是因為，奧秘就在listN這些個類中的。大家請記住這一點：
一直存在兩個listN對象。
listN的奧秘
bind_t對象的operator () 調用的是listN 的operator ()，那么，整個實現，就在listN中，為了方便說明，我們以list2為例。
對list2的分析，我們只看3部分：
1. 類聲明部分：
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template<?class?A1,?class?A2?>?class?list2:?private?storage2<?A1,?A2?>?? {?? private:?? ?? ????typedef?storage2<?A1,?A2?>?base_type;?? ?? public:?? ?? ????list2(?A1?a1,?A2?a2?):?base_type(?a1,?a2?)?{}?? 從這個定義，我們知道，它從storage2繼承，storage2是什么？
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template<class?A1,?class?A2>?struct?storage2:?public?storage1<A1>?? {?? ????typedef?storage1<A1>?inherited;?? ?? ????storage2(?A1?a1,?A2?a2?):?storage1<A1>(?a1?),?a2_(?a2?)?{}?? ?? ????template<class?V>?void?accept(V?&?v)?const?? ????{????? ????????inherited::accept(v);?? ????????BOOST_BIND_VISIT_EACH(v,?a2_,?0);??? ????}????? ?? ????A2?a2_;?? };?? 從名字和定義上，我們就可以斷定：storage2就是保存兩個參數的參數列表對象。看來，storageN負責存儲，而listN負責如何使用這些參數了。
2. operator[] 系列重載函數
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????A1?operator[]?(boost::arg<1>)?const?{?return?base_type::a1_;?}?? ????A2?operator[]?(boost::arg<2>)?const?{?return?base_type::a2_;?}?? ?? ???.....?? ?? ????template<class?T>?T?&?operator[]?(_bi::value<T>?&?v)?const?{?return?v.get();?}?? .....?? 我已經剔除了一些定義，只留下我們關系的定義。
這里面有兩類定義，
針對 boost::arg<1>和boost::arg<2>定義的。其實就是針對_1, _2的定義，這個定義表明：如果是_1,那么，list2就返回存儲的參數a1, 如果是_2，那么就返回存儲的參數a2。這些參數，是上面我說的針對f_函數的參數；針對_bi::value<T>的定義。_bi::value<T>就是對T進行簡單封裝的類型。這個定義僅僅是將value的值再取出來。
這兩類定義，就是關鍵所在了。
3. operator()系列重載函數
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....?? ????template<class?F,?class?A>?void?operator()(type<void>,?F?&?f,?A?&?a,?int)?? ????{?? ????????unwrapper<F>::unwrap(f,?0)(a[base_type::a1_],?a[base_type::a2_]);?? ????}?? ....?? 盡管有多種不同的重載，但是基本形式就是這樣的。
最后一個參數"int"我想沒有直接的意義，可能是為了重載時用于區分不同的重載函數使用的。
unwrap的作用這里可以忽略。你可以認為就是直接調用f。
下面有兩個不同尋常的語句：
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a[base_type::a1_],?a[base_type::a2_]?? a是一個listN對象，這兩句究竟是什么意思呢？
下面，我們用兩個例子分別說明，
例子1
bind(f, 1, 2)(); //f(1,2) 下面，我們將參數代入：這種情況下，我們得到的bind_t對象，實際上是
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bind_t<int,?int(*)(int,int),?list2<int,int>?>??? ?? list2<int,int>?=?[?base_type::a1_?=?1,?base_type::a2_?=?2]?? 而bind(f, 1, 2)
?(); 中最后一個括號，調用了bind_t的
operator () (void)?:?
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result_type?operator()()?? {?? ????list0?a;?? ????BOOST_BIND_RETURN?l_(type<result_type>(),?f_,?a,?0);?? }?? 因此，a = list0。
在這種情況下，
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a[base_type::a1_]??=?=?? a.operator[]((_bi::value<int>)?1)?? ==?1;?? ?a[base_type::a2_]?==?? a.operator[](_bi::value<int>)?2)?? ==?2;?? 其實listN里面的operator[](_bi::value<T>)就是打醬油的，目的就是為了在語法上統一。
因此，bind(f, 1, 2) () === f(1,2)的調用。
例子2
bind(f, _2, _1)(x, y); // f(y, x) 我們再把參數代入，這是，得到的bind_t對象就是
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bind_t<int,?int(*)(int,?int),?list2<boost::arg<2>,?boost::arg<1>?>?>?? //l_的類型和值是?? list2<boost::arg<2>,boost::arg<1>?>?=?[?base_type::a1_?=?_2,?base_type::a2_?=?_1]?? 哈哈，看到了吧，list2的類型不一定要和F的參數類型一樣的哦。
當調用bind(f, _2, _1)
(x, y); 中bind_t::operator()(int, int) 的時候，即
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template<class?A1,?class?A2>?result_type?operator()(A1?&?a1,?A2?&?a2)?? {?? ????list2<A1?&,?A2?&>?a(a1,?a2);?? ????BOOST_BIND_RETURN?l_(type<result_type>(),?f_,?a,?0);?? }?? 此時，a的類型和值是
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list2<int,?int>?=?[?base_type::a1_=?x,?base_type::a2_?=?y]?? 這種情況下，
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a[l_.base_type::a1_]?==?? ??a?[?_2?]?==?? ?a.operator[]?(?(boost::arg<2>&)_2)?==?? ?a.base_type::a2_?==?? y;?? ?? a[l_.base_type::a2_]?==?? ??a?[?_1?]?==?? ?a.operator[]?(?(boost::arg<1>&)_1)?==?? ?a.base_type::a1_?==?? x;?? 即 bind(f, _2, _1)(x, y) === f(y, x);
關于_1,_2,_3,...._9
現在，我們要看看，到底 boost::arg<1>, boost::arg<2> ... boost::arg<9>是什么了。
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template<?int?I?>?struct?arg??? {?? ????arg()?? ????{????? ????}????? ?? ????template<?class?T?>?arg(?T?const?&??)?? ????{????? ?????????? ????????typedef?char?T_must_be_placeholder[?I?==?is_placeholder<T>::value??1:?-1?];?? ????}????? };?? 呵呵，什么都沒有！的確，什么都沒有，因為它是placheholder嘛! 它只要表明自己的類型就可以了。這是為什么在 listN的operator[] 中，boost::arg<N> 沒有定義形慘了。
第二個帶有 T const & 參數的構造函數是什么？看起來很奇怪，其實，它是拷貝構造函數。
看看is_placeholder的定義吧：
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template<?int?I?>?struct?is_placeholder<?arg<I>?>?? {?? ????enum?_vt?{?value?=?I?};?? };?? 它的作用，是防止錯誤的參考構造。
假如，你這樣定義：
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boost::arg<2>?arg2(_1);?? 模板展開后，將是這樣的
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struct?arg?<2>?? {??? .....?? ????arg(?arg<1>?const?&??)?? ????{????? ?????????? ????????typedef?char?T_must_be_placeholder[?I?==?is_placeholder<arg<1>?>::value??1:?-1?];?? ????}????? };?? is_placeholder<arg<1> >::value == 1，而I == 2，因此，你會得到一個
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typedef?char?T_must_be_placeholder[?-1?];?? 因此，你將收到一個編譯錯誤。僅此而已。
其他
到此為止，boost bind的關鍵部分就已經清楚了。boost還有些高級議題，如類的成員函數的綁定、變量引用、綁定嵌套等等。這些議題都是以此為基礎，再增加了一些新模板參數而已，已經不是實現的核心了，有興趣的同學可以自己看看。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的boost中bind的使用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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