带/不带类的C++回调函数指针

Question

我卡住了。我试图编写一个函数，可以接受来自类和对象的无类函数指针。以下是我的当前代码，希望能更好地解释。

（它应该在Arduino上运行，所以我不能使用大型库。）

首先，我正在使用这个Arduino库：

/* SimpleTimer - A timer library for Arduino.
 * Author: [e-mail]
 * Copyright (c) 2010 OTTOTECNICA Italy
 */

这个函数接受一个函数作为参数，在一定时间间隔内循环调用该函数：

typedef void (*timer_callback)(void);

就我所知，这是一个无类函数。网页指向成员函数的指针让我受益匪浅，但还不够深入。可能是我的术语不足造成的。

现在，我已经制作了自己的类，并希望使用此SimpleTimer库。但如果我把我的类函数传递给SimpleTimer，它就不喜欢它们（据我理解）。那么，在不改变SimpleTimer库的情况下，如何实现这一点呢？

因此，有一个名为Robot的类，其中包含Robot::halt()。我想让机器人向前移动一定时间。就像这样：

void Robot::forward(int speed, long time) {
    reset();
    timer.setTimer(time, c_func, 1);

    analogWrite(l_a, speed);
    analogWrite(r_a, speed);
    isMoving(true);
}

void Robot::halt() {
    __isMoving = false;
    digitalWrite(r_a, LOW);
    digitalWrite(r_b, LOW);
    digitalWrite(l_b, LOW);
    digitalWrite(l_a, LOW);
}

c_func变量在这一点上是一个无类函数，但我想使用Robot::halt函数。 我已经查找、阅读、学习过了，但还没有成功。 我似乎无法理解这个问题，因为我缺少某些角度。

我尝试过：

timer.setTimer(time, (this->*halt), 1);
timer.setTimer(time, Robot::*halt, 1);
timer.setTimer(time, &Robot::halt), 1);

但这只会导致同样的问题/我在这里瞎猜...

编辑

早些时候，我说不想改变SimpleTimer库的代码。我想重新考虑这个问题，我想改变它似乎是更好的选择。

感谢所有当前的答案，我只被允许标记其中一个为可行答案，实际上我读到的每一条都非常有帮助。

为了继续下去，改变SimpleTimer代码。这个类需要引用持有我的“halt”函数的对象，对吗？所以，重载settimer函数以采用我的对象和我的函数作为两个单独的指针会起作用……？我想我已经理解了这个，但是我的脑子还没有完全明白。

编辑

我不知道这又是谁想出来的，但是任何找到这个线程的人都可以看到成员函数指针和最快的C++委托，它提供了一个非常好的函数指针和成员函数指针介绍。

编辑

搞定了，改变了SimpleTimer库以使用这个Delegate系统：http://www.codeproject.com/KB/cpp/FastDelegate.aspx

它整合得非常好，将一个标准的Delegate系统像这样放在Arduino库中可能很不错。

代码如下（工作）

typedef

typedef FastDelegate0<> FuncDelegate;

机器人类中的代码：

void Robot::test(){
    FuncDelegate f_delegate;
    f_delegate = MakeDelegate(this, &Robot::halt);

    timer.setTimerDelg(1, f_delegate, 1);
}

void Robot::halt() {
    Serial.println("TEST");
}

SimpleTimer类中的代码：

int SimpleTimer::setTimerDelg(long d, FuncDelegate f, int n){
    f();
}

Arduino会在控制台中打印TEST。

接下来是把它放进一个数组中，我认为不会有太多问题。感谢大家，我简直不敢相信我在两天内学到了这么多东西。

那是什么味道？是成功的味道吗？

对于那些感兴趣的人，所使用的Delegate系统不会导致内存容量问题：使用FastDelegate。

AVR Memory Usage
----------------
Device: atmega2560

Program:   17178 bytes (6.6% Full)
(.text + .data + .bootloader)

Data:       1292 bytes (15.8% Full)
(.data + .bss + .noinit)


Finished building: sizedummy

没有使用FastDelegate：

AVR Memory Usage
----------------
Device: atmega2560

Program:   17030 bytes (6.5% Full)
(.text + .data + .bootloader)

Data:       1292 bytes (15.8% Full)
(.data + .bss + .noinit)


Finished building: sizedummy

- Aduen

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你能够修改库代码吗？看起来唯一的获取方式是从http://arduino.cc/playground/Code/SimpleTimer#GetTheCode复制。这是你正在做的吗？ - Matthew Murdoch

是的，让我们更改SimpleTimer代码。 - Aduen

@Aduen，当你将FastDelegate集成到SimpleTimer中时，是否遇到了memcmp未声明的问题？你有修改后的SimpleTimer源代码可用吗？ - Thomas Nadin

Answer 1

你可以通过创建一个函数对象，作为计时器代码和你的代码之间的代理来实现此操作。

class MyHaltStruct
{
public:
    MyHaltStruct(Robot &robot)
        : m_robot(robot)
        { }

    void operator()()
        { robot.halt(); }

private:
    Robot &m_robot;
}

// ...

timer.setTimer(time, MyHaltStruct(*this), 1);

编辑

如果无法使用函数对象实现，您可以使用全局变量和函数，放在命名空间中：

namespace my_robot_halter
{
    Robot *robot = 0;

    void halt()
    {
        if (robot)
            robot->halt();
    }
}

// ...

my_robot_halter::robot = this;
timer.setTimer(time, my_robot_halter::halt, 1);

这仅适用于您只有一个机器人实例的情况。

- Some programmer dude

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如果那个可以运行，那么 std::bind(&Robot::halt, this) 也能运行，对吗？ - Kerrek SB

如果setTimer是一个模板并接受functors，那么你可以这样做。但是在我看来，它似乎只接受void (*timer_callback)()：http://arduino.cc/playground/Code/SimpleTimer#GetTheCode - Useless

@KerrekSB Arduino的后端（avr-gcc）不支持任何标准模板库，因此我怀疑在这种情况下std:bind不是一个选项。 - Matthew Murdoch

看起来这是一个可行的解决方案，我需要再多了解一下函数对象和它们之间的区别，但我认为这应该可以在Arduino上工作。唯一的问题是，我是否需要为每个要用作回调的函数都创建这样的结构体？ - Aduen

如果你修改SimpleTimer库，使其可以使用函数对象...那么你就可以创建一个函数对象，它可以接受成员函数指针和对象指针，这将给你带来很多相同的灵活性。 - Useless

Answer 2

由于计时器回调函数的签名不接受任何参数，所以您需要使用一些全局变量（或静态变量）来实现：

Robot *global_robot_for_timer;
void robot_halt_callback()
{
    global_robot_for_timer->halt();
}

您至少可以将这些内容封装到自己的文件中，但这并不美观。正如Matthew Murdoch所建议的那样，最好编辑SimpleTimer本身。更常规的接口可能是：

typedef void (*timer_callback)(void *);

SimpleTimer::setTimer(long time, timer_callback f, void *data);

void robot_halt_callback(void *data)
{
    Robot *r = (Robot *)data;
    r->halt();
}

比如，当你调用setTimer时，你会提供一个参数，该参数会传递给回调函数。

对SimpleTimer进行的最小更改可能是：

SimpleTimer.h

typedef void (*timer_function)(void *);
struct timer_callback {
    timer_function func;
    void *arg;
};
// ... every method taking a callback should look like this:
int SimpleTimer::setTimeout(long, timer_function, void *);

SimpleTimer.cpp

// ... callbacks is now an array of structures
callbacks[i] = {0};

// ... findFirstFreeSlot
if (callbacks[i].func == 0) {

// ... SimpleTimer::setTimer can take the timer_callback structure, but
// that means it's callers have to construct it ...
int SimpleTimer::setTimeout(long d, timer_function func, void *arg) {
    timer_callback cb = {func, arg};
    return setTimer(d, cb, RUN_ONCE);
}

- Useless

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好的，谢谢。我会尝试这个东西并报告我的发现。 - Aduen

请确保你仔细区分 timer_function 和 timer_callback 之间的区别，因为我上面的补丁远未完成。你也可以想出更好的名称 :-) - Useless

Answer 3

您不能传递非静态成员函数 - 只能传递静态成员函数。签名应该像这样：

static void halt()
{
    //implementation
}

原因在于每个非静态成员函数都有一个隐式的Robot*参数，称为this指针，它方便了对当前对象的访问。由于回调函数签名没有这样的Robot*参数，除非它是静态的，否则你不可能传递一个Robot类的成员函数。因此，在你的实现中，需要将该成员函数改为静态函数。

void halt();

生效。

static void halt( Robot* thisPointer );

而当你这样做时

void Robot::halt() {
    __isMoving = false;
}

你实际上拥有这个：

你有效地拥有这个：

void Robot::halt( Robot* thisPointer ) {
    thisPointer->__isMoving = false;
}

当然，halt（Robot*）函数指针不能替换C回调函数的void（*）（void）。

如果需要在回调内部访问class Robot的非静态成员变量，您需要从其他地方检索指向class Robot实例的指针 - 例如将其存储为静态成员变量，以便不依赖于this指针。

- sharptooth

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通常C库都有一个“void * user”参数，您可以在其中存储其他数据（例如此指针，之后可以进行强制转换）。 - nob

@nob：是的，那很典型，但看起来在这种情况下没有类似的东西。 - sharptooth

@sharptooth：然而，由于代码并没有真正打包成库（http://arduino.cc/playground/Code/SimpleTimer#GetTheCode），因此很容易进行更改以支持这样做... - Matthew Murdoch

好的，我觉得我明白了，解释得非常好。所以，我想修改一下我的先前论点，不想改变SimpleTimer代码。 - Aduen

Answer 4

理解函数指针和类成员指针的不同之处很重要，这并非是任意的原因，而是因为实例方法有一个隐式的this参数（此外，它们必须与继承和虚函数一起工作，这增加了更多的复杂性；因此它们可能会占用16个或更多字节的空间）。换句话说，类成员函数指针只有在类的实例存在时才有意义。

正如当前排名最高的答案所说，你最好选择使用函数对象。虽然setTimer函数可能只接受函数指针，但可以编写一个模板函数来包装调用并接受两者。为了进行更精细的处理，你可以编写一个模板元程序（Boost.TypeTraits具有is_pointer、is_function甚至is_member_function_pointer）来处理不同的情况。

如何制作函数对象是另一回事。你可以选择手动编写它们（这意味着为每个函数对象实现一个带有operator()的类），但根据你的需求，这可能会很繁琐。以下是几个选项：

• std::bind: 你可以使用它来创建一个函数对象（functor），其中第一个参数将绑定到你指定的值上——对于成员函数，它将是实例。
• 根据你的编译器，你可能无法访问 std::bind —— 在这种情况下，我建议你使用 boost::bind。它是一个仅有头文件的库，并提供相同的功能。
• 你可以使用 另一种委托实现。我没有使用过这个，但它声称比其他实现（包括 std::function）更快。

这些提到的库都是仅有头文件的，所以它们可能不算作“大型库”。

- Tamás Szelei