前奏
如你所知,boost库是个特性完备,且具备工业强度的库,众多C++权威的参与使其达到了登峰造极的程度。尤其泛型的强大威力在其中被发挥得淋漓尽致,令人瞠目结舌。
然而弱水三千,我们只取一瓢饮。下面,我试图从最单纯的世界开始,一步一步带领你进入源码的世界,去探究boost::function(下文简称function)内部的精微结构。
通常 ,在单纯的情况下,对函数的调用简单而且直观,像这样:
然而你可能需要在某个时刻将函数指针保存下来,并在以后的另一个时刻调用它,像这样:
但是,如果fun形式为void fun(int)呢?如你所见,fun可能有无数种形式,如果对fun的每一个形式都typedef一个对应的func_handle,则程序员会焦头烂额,不胜其扰,代码也可能变得臃肿和丑陋不堪,甚至如果fun是仿函数呢?
幸运的是C++泛型可以使代码变得优雅精致,面对无数种的可能,泛型是最好的选择。
因此,你只是需要一个能够保存函数指针的泛型模板类(对应于Command模式),因为泛型编程有一个先天性的优势——可以借助编译器的力量在编译期根据用户提供的类型信息化身千万(实例化),所以一个泛型的类可以有无限个实例,也就是说可以保存无限多种可能类型的函数或类似函数的东西(如仿函数)。这个类(在boost库中的类名为function)与函数指针相比应该有以下一些优势:
同一个function对象应能够接受与它形式兼容的所有函数和仿函数,例如:

这个function屏蔽掉其他的差异,都是同样的调用。function应能够和参数绑定以及其它function-construction库协同工作。例如,function应该也能够接受std::bind1st返回的仿函数。这一点其实由第一点已经有所保证。
当接受的一个空的仿函数对象被调用的时候function应该有可预期的行为。
显然,第一点是我们的重点,所谓形式兼容,就是说,对于:
两种类型的函数(广义),只要满足:
R2能够隐式转换为R1
所有Ti都能够隐式转换为Pi (i取0,1,2,…)
那么就说,boost::function可以接受FunctionType2类型的函数(注意,反之不行)。支持这一论断的理由是,只要Ti能够隐式转型为Pi,那么参数被转发给真实的函数调用就是安全的,并且如果R2能够隐式转型为R1,那么返回真实函数调用所返回的值就是安全的。这里安全的含义是,C++类型系统假定隐式转换不会丢失信息,或者编译器至少会给出编译警告。
后面你会看到,boost::function通过所谓的invoker非常巧妙地实现了这点,并且阻止了被形式不兼容的函数赋值的操作。
探险
先看一个function的最简单的使用:
int(int)类型,f初始化为g函数指针。
间奏——R(T1,T2,…)函数类型
虽然这个间奏未免早了点儿,但是为了让你以后不会带着迷惑,这是必要的。请保持耐心。
或许你会对模板参数int(int)感到陌生,其实它是个函数类型——函数g的确切类型就是int(int),而我们通常所看到的函数指针类型int ()(int)则是&g的类型。它们的区别与联系在于:当把g作为一个值进行拷贝的时候(例如,按值传参),其类型就会由int(int)退化为int()(int),即从函数类型退化为函数指针类型——因为从语义上说,函数不能被“按值拷贝”,但身为函数指针的地址值则是可以被拷贝的。另一方面,如果g被绑定到引用,则其类型不会退化,仍保持函数类型。例如:
当然,这样的代码不能通过编译,因为static_cast显然不会让一个函数指针转换为int,然而我们就是要它通不过编译,这样我们才能窥视到按值传递的参数ft的类型到底是什么,从编译错误中我们看出,ft的类型是int(*)(int),也就是说,在按值传递的过程中,g的类型退化为函数指针类型,变得和&g的类型一样了。而ref_t的类型则是引用,引用绑定则没有引起类型退化。
请注意,函数类型乃是个极其特殊的类型,在大多数时候它都会退化为函数指针类型,以便满足拷贝语义,只有面对引用绑定的时候,能够维持原来的类型。当然,对于boost::function,总是按值拷贝。
继续旅程
function<int(int)>实际上进行了模板偏特化,boost库给function的类声明为: