在 C 中模拟 std::bind答案

【问题标题】：Emulating std::bind in C在 C 中模拟 std::bind
【发布时间】：2013-10-03 11:19:11
【问题描述】：

我使用 std::bind 来提供回调，同时通过首先绑定一些参数来抽象一些逻辑。即

void start() {

    int secret_id = 43534;

    //Bind the secret_id to the callback function object
    std::function<void(std::string)> cb = std::bind(&callback, secret_id, std::placeholders::_1);

    do_action(cb);

}

void do_action(std::function<void(std::string)> cb) {

    std::string result = "hello world";
    //Do some things...

    //Call the callback
    cb(result);
}

void callback(int secret_id, std::string result) {

    //Callback can now do something with the result and secret_id

}

所以在上面的例子中，do_action 不需要知道 secret_id 并且其他函数可以在没有自己的 secret_id 的情况下重用它。这在 do_action 是某种异步操作时特别有用。

我的问题是，有没有办法只使用 C 将参数值绑定到函数指针？

如果不是通过模拟 std::bind 那么是否有另一种方法可以将数据从 first() 传递到 callback() 而不会使中性 do_action() 复杂化？

【问题讨论】：

标签： c++ c c++11 function-pointers

【解决方案1】：

没有。 C 不允许你直接这样做。

在 C 中处理回调的标准方法是使用上下文指针：

void register_callback(void (*cback)(void *context, int data),
                       void *context);

这意味着您将传递一个函数，该函数将接受一个void * 以及回调应处理的正常参数（在上述情况下为整数），并且您还将传递一个您想要的void *传回去。

这个void * 通常指向一个struct，它将包含您在回调中需要的所有额外参数或数据，并且使用这种方法，库不依赖于这个上下文是什么。如果回调不需要任何上下文，您只需将 NULL 指针作为 context 传递，并在从库调用时忽略第一个参数。

有点骇人听闻且形式上不安全但有时会这样做的情况是，如果上下文是适合void *（例如整数）大小的简单数据，并且您的环境不会遇到问题你可以通过传递一个只是整数的假void * 来欺骗库，然后在从库中调用时将其转换回整数（这样可以避免调用者分配上下文并管理其生命周期）。

关于如何欺骗语言以避免这种限制（仍然停留在可移植 C 的领域）我可以想到一些 hack：

首先我们分配一个包含两个参数的回调和上下文数据池

void (*cbf[6])(int, int);
int ctx[6];

然后我们编写（或宏生成）我们希望注册的函数并将调用两个参数版本。

void call_with_0(int x) { cbf[0](ctx[0], x); }
void call_with_1(int x) { cbf[1](ctx[1], x); }
void call_with_2(int x) { cbf[2](ctx[2], x); }
void call_with_3(int x) { cbf[3](ctx[3], x); }
void call_with_4(int x) { cbf[4](ctx[4], x); }
void call_with_5(int x) { cbf[5](ctx[5], x); }

我们还将它们存储在分配和释放它们的池中：

int first_free_cback = 0;
int next_free_cback[6] = {1, 2, 3, 4, 5, -1};

void (*cbacks[6])(int) = { call_with_0,
                           call_with_1,
                           call_with_2,
                           call_with_3,
                           call_with_4,
                           call_with_5 };

然后绑定第一个参数，我们可以这样做

void (*bind(void (*g)(int, int), int v0))(int)
{
    if (first_free_cback == -1) return NULL;
    int i = first_free_cback;
    first_free_cback = next_free_cback[i];
    cbf[i] = g; ctx[i] = v0;
    return cbacks[i];
}

但绑定函数也必须显式释放

int deallocate_bound_cback(void (*f)(int))
{
    for (int i=0; i<6; i++) {
        if (f == cbacks[i]) {
            next_free_cback[i] = first_free_cback;
            first_free_cback = i;
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

【讨论】：

【解决方案2】：

正如 6502 所解释的，如果没有将某种上下文参数传递给回调，即使它没有直接命名 secret_id，也无法在可移植 C 中执行此操作。但是，有诸如Bruno Haible's trampoline 之类的库可以通过不可移植的方式创建带有附加信息（闭包）的 C 函数。这些库通过调用程序集或编译器扩展来发挥作用，但它们被移植到许多流行的平台上；如果它们支持您关心的架构，它们就可以正常工作。

取自the web，下面是蹦床启用的代码示例，这是一个接受参数a、b和c的高阶函数（类似于您的secret_id，并返回一个计算a*x^2 + b*x + c的恰好一个参数x的函数：

#include <trampoline.h>

static struct quadratic_saved_args {
    double a;
    double b;
    double c;
} *quadratic_saved_args;

static double quadratic_helper(double x) {
    double a, b, c;
    a = quadratic_saved_args->a;
    b = quadratic_saved_args->b;
    c = quadratic_saved_args->c;
    return a*x*x + b*x + c;
}

double (*quadratic(double a, double b, double c))(double) {
    struct quadratic_saved_args *args;
    args = malloc(sizeof(*args));
    args->a = a;
    args->b = b;
    args->c = c;
    return alloc_trampoline(quadratic_helper, &quadratic_saved_args, args);
}

int main() {
    double (*f)(double);
    f = quadratic(1, -79, 1601);
    printf("%g\n", f(42));
    free(trampoline_data(f));
    free_trampoline(f);
    return 0;
}

【讨论】：

闭包确实是在“C”中实现这一点的方法。 LibFFI 提供闭包并可移植到大多数主要操作系统：sourceware.org/libffi
@BojanNikolic 好点，而且 libffi 比蹦床更受欢迎。一个使用 libffi 解决 OP 问题的示例的答案可能会受到赞赏。

【解决方案3】：

简短的回答是否定的。

您唯一能做的就是声明另一个内置了secret_id 的函数。如果您使用的是 C99 或更新版本，则可以将其设为内联函数，以至少限制函数调用开销，尽管较新的编译器可能会自行执行此操作。

坦率地说，这就是 std::bind 所做的一切，因为它返回一个模板结构，std::bind 只是声明了一个内置了 secret_id 的新仿函数。

【讨论】：

【解决方案4】：

不透明类型并在源中保密应该这样做：

#include <stdio.h>

// Secret.h

typedef struct TagSecret Secret;
typedef void (*SecretFunction)(Secret*, const char* visible);
void secret_call(Secret*, const char* visible);

// Public.c

void public_action(Secret* secret, const char* visible) {
    printf("%s\n", visible);
    secret_call(secret, visible);
}


// Secret.c

struct TagSecret {
    int id;
};

void secret_call(Secret* secret, const char* visible) {
    printf("%i\n", secret->id);
}

void start() {
    Secret secret = { 43534 };
    public_action(&secret, "Hello World");
}


int main() {
    start();
    return 0;
}

（以上不涉及注册回调函数）

【讨论】：