面试题：C++回调函数与模板元编程结合应用

Question

如何利用C++模板元编程来实现一种通用的回调函数框架，使得可以根据不同的模板参数在编译期生成不同行为的回调函数，且这些回调函数能够高效地处理各种类型的数据。请给出具体的代码实现思路，并说明该框架相较于传统回调函数实现方式的优势和应用场景。

Answer 1

代码实现思路

1. 定义回调函数类型模板：使用模板参数来定义回调函数的参数和返回类型。

template <typename... Args, typename ReturnType>
struct Callback {
    using type = ReturnType(*)(Args...);
};

2. 创建回调函数包装类：利用模板元编程实现一个可以存储不同类型回调函数的包装类。

template <typename... Args, typename ReturnType>
class CallbackWrapper {
public:
    using CallbackType = typename Callback<Args..., ReturnType>::type;

    CallbackWrapper(CallbackType func) : callback(func) {}

    ReturnType operator()(Args... args) const {
        return callback(args...);
    }

private:
    CallbackType callback;
};

3. 使用示例：展示如何使用这个框架来创建不同行为的回调函数。

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

float multiply(float a, float b) {
    return a * b;
}

int main() {
    CallbackWrapper<int, int, int> addCallback(add);
    CallbackWrapper<float, float, float> multiplyCallback(multiply);

    int result1 = addCallback(3, 5);
    float result2 = multiplyCallback(2.5f, 3.5f);

    return 0;
}

优势

1. 编译期生成：在编译期根据模板参数生成不同行为的回调函数，减少运行时开销。
2. 类型安全：模板元编程确保类型安全，在编译期就能发现类型不匹配的错误。
3. 代码简洁：通过模板参数化，代码更加通用和简洁，减少重复代码。

应用场景

1. 游戏开发：例如在游戏中的事件处理系统，不同类型的事件可以使用不同的回调函数，利用模板元编程可以高效处理各种事件数据。
2. 图形库开发：在图形渲染中，不同类型的图形操作可能需要不同的回调函数，这种框架能提高渲染效率。
3. 网络编程：处理不同类型的网络消息时，可根据消息类型生成不同的回调函数，提高网络处理的效率和灵活性。