c++ - 如何存储智能指针以将字符串映射到类中的成员函数，以便它不会因类型不完整而失败？

Question

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背景

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我一直在编写一个状态机，其转换表在运行时加载。对每个转换采取的操作存储为字符串。字符串被转换为 std::function指向状态机类成员函数的对象。当事件发生并导致转换时，将调用该函数。

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问题

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我之前已经成功地使用这个策略来决定在运行时调用哪个函数。不幸的是，我遇到了以下错误:

error: return type 'XStMachine::TrFunc {aka class std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)>}' is incomplete

或者

invalid use of incomplete type

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采取的步骤

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1. 我咨询了 Google 和 Stackoverflow。我有很多想法，包括将定义从类型不完整的地方移除。不幸的是，我无法让它成功运行。

2. 我尝试使用原始指针而不是 unique_ptr并发现事情神奇地起作用了。

3. 我最后阅读了一些关于 shared_ptr 之间的区别的内容。和 unique_ptr处理不完整的类型。我尝试了 shared_ptr，但这也没有解决我的问题。

4. 我尝试创建一个 friend类到我的状态机，希望在 friend 类声明时，该类型被认为是完整的。我无法让它工作。

5. 最后，我创建了以下最小示例(请取消注释代码以重现错误。)它演示了我遇到的问题:http://coliru.stacked-crooked.com/a/791092c7ca8fff24并请来了专家! :)

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源代码

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#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>
#include <memory>
#include <map>
#include <iomanip>

using namespace std;

struct EventData
{
    unsigned int x;
};

class Friendly; // Required for compiling the code. Why?

class XStMachine
{
        friend class Friendly;
        unique_ptr<Friendly> fPtr;   //-- Doesn't compile if Friendly is not fwd. declared
        unsigned int y;
        unsigned int z;
    public:
        typedef void(XStMachine::*TrFuncPtr)(EventData const&);
        typedef std::function<TrFuncPtr> TrFunc;
    private:
        // map<string, TrFunc> fMap; //-- Doesn't compile because TrFunc is incomplete
        // unique_ptr<map<string, TrFunc>> fMap; // Doesn't compile; incomplete type.
        map<string, TrFunc> *fMap;  // Compiles with incomplete type.
    protected:
        void tranFunc1(EventData const &d)
        {
            y = d.x;
        }

        void tranFunc2(EventData const &d)
        {
            z = d.x;    
        }
    public:
        XStMachine()
        {
            // Code to init fMap
        }

        // The code below doesn't compile. incomplete type.
        TrFunc getTranFunc(std::string const &s)
        {
            return (*fMap)[s];
        }

        ~XStMachine()
        {
        }
};

class Friendly
{
    // unique_ptr<map<string, XStMachine::TrFunc> fMap; // Doesn't compile, the type is incomplete. 
    public:
        Friendly()
        {
            // Code to allocate and init fMap
        }

        // Dosen't compile if defined here because the return type is incomplete.
        //XStMachine::TrFunc& getTranFunc(std::string const&)
        //{
            // return (*fMap)[s];
        //}
};
// The type is incomplete -> Will this work inside a separate cpp file?
//XStMachine::TrFunc& getTranFunc(std::string const &s)
//{
    // Weird - Can't access protected members though we're friends. :/
    /*
    static map<string, XStMachine::TrFunc> fMap = {{"tranFunc1", function(&XStMachine::tranFunc1)},
                                                   {"tranFunc2", function(&XStMachine::tranFunc2)}
                                                  };     
    */
    //return fMap[s];
//}

int main() {
    cout << "I need to understand incomplete types." << endl;
    return 0;
}

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Coliru(gcc 6.3、C++ 14)的完整错误输出

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main.cpp: In member function 'XStMachine::TrFunc XStMachine::getTranFunc(const string&)':
main.cpp:48:3: error: return type 'XStMachine::TrFunc {aka class std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)>}' is incomplete
   {
   ^
In file included from /usr/local/include/c++/6.3.0/bits/stl_algobase.h:64:0,
                 from /usr/local/include/c++/6.3.0/bits/char_traits.h:39,
                 from /usr/local/include/c++/6.3.0/ios:40,
                 from /usr/local/include/c++/6.3.0/ostream:38,
                 from /usr/local/include/c++/6.3.0/iostream:39,
                 from main.cpp:1:
/usr/local/include/c++/6.3.0/bits/stl_pair.h: In instantiation of 'struct std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)> >':
/usr/local/include/c++/6.3.0/bits/stl_map.h:481:10:   required from 'std::map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>::mapped_type& std::map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>::operator[](const key_type&) [with _Key = std::__cxx11::basic_string<char>; _Tp = std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)>; _Compare = std::less<std::__cxx11::basic_string<char> >; _Alloc = std::allocator<std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)> > >; std::map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>::mapped_type = std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)>; std::map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>::key_type = std::__cxx11::basic_string<char>]'
main.cpp:49:23:   required from here
/usr/local/include/c++/6.3.0/bits/stl_pair.h:196:11: error: 'std::pair<_T1, _T2>::second' has incomplete type
       _T2 second;                /// @c second is a copy of the second object
           ^~~~~~
In file included from main.cpp:3:0:
/usr/local/include/c++/6.3.0/functional:1526:11: note: declaration of 'class std::function<void (XStMachine::*)(const EventData&)>'
     class function;
           ^~~~~~~~

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目标

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初级:了解示例代码中发生的事情并修复它。

中等:清楚地了解什么是不完整类型，这样我就可以: * 解决 future 的相关问题。 * 知道用调用默认值的删除器覆盖 unique_ptr 的默认删除器是否安全。

我缺乏理解真的妨碍了我。

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相关问题

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1. 即使Friendly在XStMachine 内声明为 friend 在示例代码中，它也必须在程序的前面声明。为什么会这样？

2. 即使Friendly被声明为友元，它不能访问 XStMachine 的 protected 成员函数.例如，&XStMachine::tranFunc1是无效的。为什么？

Answer 1

std::function仅采用常规函数类型作为模板参数。指向成员函数的指针类型不起作用。

以下是 std::function 的典型定义在标准库中:

template< class >
class function; // intentionally undefined 
template< class R, class... Args >
class function<R(Args...)> // actual definition 

模板参数并不决定这个实例化可以存储什么样的函数，而是如何调用这个实例化。

任何使用非常规函数类型的实例化尝试都将产生不完整的类型。示例:

std::function <int> incomplete;

在您的代码中，您可以:

• 店铺 std::function<void(EventData const&)>在映射中(使用 std::bind 从指向成员函数的指针和对象指针构造这些对象)；或
• 取消std::function完全一致并直接在映射中存储指向成员函数的指针。