C++语法|指向类成员(成员变量和成员方法)的指针及其相关应用场景

admin2024-05-15  1

文章目录

  • 1.基本语法
    • 指向成员变量的指针
      • 示例
    • 指向成员函数的指针
      • 示例
    • 注意事项
  • 2.应用场景
    • 泛型编程和模板:通用成员访问打印函数
    • 回调机制和事件处理:基于简单GUI框架的事件处理

1.基本语法

指向类成员的指针是一种特殊的指针类型,用于指向类的成员变量或成员函数。与普通指针不同,指向类成员的指针不能单独使用,必须结合特定的类对象来进行访问

指向成员变量的指针

指向成员变量的指针用于指向某个类的成员变量。其语法如下(重点是要声明作用域)

class A {
public:
    MemberType member;
};

// 定义指向成员变量的指针
MemberType A::*ptr = &A::member;

示例

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass {
public:
	int data;
}

int main() {
	MyClass obj;
	obj.data = 10;
	//定义一个指向成员变量的指针
	int MyClass::*ptr = &MyClass::data;
	cout << "data: " << pbj.data << endl;
	cout << "data using pointer: " << obj.*ptr << endl;
}

指向成员函数的指针

class A {
public:
    ReturnType Function(Arg);
};

// 定义指向成员函数的指针
ReturnType (A::*pointerToFunction)(Arg) = &A::Function;

示例

#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass {
public:
    void display() {
        cout << "Hello, World!" << endl;
    }
};
int main () {
	MyClass obj;
	void (MyClass::*funcPtr)() = &MyClass::display;
	
	//通过对象调用成员函数
	(obj.*funcPtr)();
	//通过指针调用成员函数
	MyClass* objPtr = &obj;
	(objPtr->*funcPtr)();
	return 0;
}

注意事项

我们定义一个包含成员方法、静态成员方法、成员变量的类:
一:如何通过指向类成员变量的指针来访问类成员

class Test {
public:
	void func() { cout << "call Test::func" << endl; }
	static void static_func() { cout << "Test::static_func" << endl; }
	static int mb;
	int ma;
};
int main () {
	Test t1;

	//int *p = &Test::ma //报错 无法从“int Test::* ” 转换成 "int *"
	int Test::*p = &Test::ma;
	//*p = 20; 报错,因为我们都没有初始化一个 Test对象,类不能脱离对象谈成员
	//应该先进行初始化,也就是在前面加上 Test t1;
	t1.*p = 20;
}

总结:普通的成员变量必须依赖一个对象,所以即使操作外部指针也应该依赖一个对象,当然如果我们操作一个静态成员变量,它是不依赖对象的,跟普通指针使用一样

int Test::mb;
int main () {
	int *p1 = &Test::mb;
	*p1 = 40; //mb为40
}

二、指向成员方法的指针
我们有一个普通的成员方法void func()我们如何定义一个函数指针来指向这个函数呢?

int main () {
	//如果是普通函数中是可以的,但是C++中不被允许
	//无法从"void (thiscall Test::*)(void)"转换为"void (__cdecl *)(void)"
	//void(*pfunc)() = &Test::func;
	//(*pfunc)();
	
	Test t1;
	Test *t2 = new Test();
	void (Test::*pfunc)() = &Test::func;
	(t1.*pfunc)();	//通过解引用来调用
	(t2->*pfunc)();
}

三、指向静态成员方法的指针
跟之前的静态成员变量一样,可以当做一个普通指针来使用,不需要初始化一个类。
静态成员方法的调用不需要依赖一个对象,他就是一个普通的C函数,只不过现在落在了类的作用域里面而已

2.应用场景

泛型编程和模板:通用成员访问打印函数

在模板编程中,指向成员的指针可以用于编写通用代码,能够操作不同类型对象的成员。这在编写需要操作不同类型对象的函数模板时非常有用。

假设我们有几个不同的类,每个类都有各自不同的成员变量。我们希望编写一个通用的函数,该函数可以接受任何对象和该对象类的任何成员变量的指针,并打印出该成员的值。这种方法在处理多种数据类型的统一处理程序(如日志、序列化、UI显示等)时非常有用。

  1. 首先我们定义两个示例类:
// 定义两个示例类
class Person {
public:
    string name;
    int  age;

    Person(const string& name, int age) : name(name), age(age) {}
};

class Product {
public:
    string title;
    double price;

    Product(const string& title, double price) : title(title), price(price) {}
};
  1. 我们想定义一个通用的打印函数,可以打印不同对象的不同成员
int main() {
    Person alice("Alice", 30);
    Product laptop("Laptop", 999.99);

    // 打印不同对象的不同成员
    display(alice, &Person::name);  // 打印 Person 对象的 name 成员
    display(alice, &Person::age);   // 打印 Person 对象的 age 成员
    display(laptop, &Product::title);  // 打印 Product 对象的 title 成员
    display(laptop, &Product::price);  // 打印 Product 对象的 price 成员

    return 0;
}

你能帮我编写出来吗?


答案:

//通用的打印函数模板
template<typename T, typename M>
void display(const T&obj, M T::*member) {
    cout << obj.*member << endl;
}
  • 灵活性:printMember 函数可以用于任何类和任何类型的成员变量。
  • 重用性:不需要为每种类型或每个成员单独编写打印逻辑。
  • 简洁性:代码更加简洁和容易维护,因为成员访问逻辑只编写一次。

回调机制和事件处理:基于简单GUI框架的事件处理

假设我们正在开发一个GUI应用程序,其中包含多个按钮,每个按钮点击时都需要执行不同的操作。我们可以定义一个Button类,该类包含一个成员函数指针,当按钮被点击时,该指针指向的成员函数将被调用。

Step 1: 定义Button类

首先,我们定义一个Button类,它包含一个指向成员函数的指针作为回调。
我们需要定义 Button 类以存储指向成员函数的指针和一个指向调用它的对象的指针。这里的一个关键点是确保成员函数指针的类型正确,并且我们还需要知道哪个类的成员函数将被调用。下面是如何实现这个:

template <typename T>
class Button {
public:
    using EventCallback = void (T::*)();  // 成员函数指针类型

    Button() : callbackObject(nullptr), onClick(nullptr) {}

    // 设置回调函数及其关联的对象
    void setOnClick(EventCallback callback, T* obj) {
        onClick = callback;
        callbackObject = obj;
    }

    // 模拟按钮点击
    void click() {
        if (callbackObject && onClick) {
            std::cout << "Button clicked.\n";
            (callbackObject->*onClick)();  // 使用成员函数指针调用函数
        }
    }

private:
    T* callbackObject;  // 指向调用成员函数的对象的指针
    EventCallback onClick;  // 成员函数指针
};

Step 2: 定义具体操作
我们定义一个Application类,该类包含多个成员函数,每个函数都可以作为按钮的回调。

class Application {
public:
    void displayMessage() {
        std::cout << "Displaying message!\n";
    }

    void openFile() {
        std::cout << "Opening file...\n";
    }

    void shutdown() {
        std::cout << "Shutting down...\n";
    }
};

Step 3: 绑定事件与成员函数
我们需要将按钮的点击事件绑定到特定的成员函数。这里我们使用std::function和std::bind来完成绑定,因为直接使用指向成员函数的指针需要处理对象的具体实例,而std::function和std::bind提供了更灵活的方式来处理这种情况。

int main() {
    Application app;
    Button<Application> btnMessage, btnFile, btnShutdown;

    // 设置按钮的回调
    btnMessage.setOnClick(&Application::displayMessage, &app);
    btnFile.setOnClick(&Application::openFile, &app);
    btnShutdown.setOnClick(&Application::shutdown, &app);

    // 模拟按钮点击
    btnMessage.click();
    btnFile.click();
    btnShutdown.click();

    return 0;
}

总结

这种方式直接使用模板和指向成员函数的指针。此外,它为每个按钮提供了泛型支持,这意味着 Button 类可以与任何类的任何成员函数一起使用,只要这些函数满足返回值 void ,传参()。

使用模板的另一个好处是你可以在编译时捕获类型错误,如尝试绑定到非法函数或不正确的对象。然而,这种方法的限制是它只能与无参数且返回 void 的成员函数一起工作,如果需要更复杂的回调签名,你可能需要修改模板定义来支持这些。

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