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

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) {}
};

2. 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？

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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。

其实，本节比较难的应该是属于函数指针了，但是在C++中常常使用function和bind来替代函数指针的使用场景。。。
扩展阅读：
C语言学习细节｜C语言面向对象编程！函数指针如何正确使用
C++语法｜可调用对象与function类型
C++语法|bind和function解析并实现一个简易线程池
C++语法｜bind1st和bind2nd的用法