C++模板类型匹配在RPC分发中的应用研究

最近研究了一下MammothServer，发现里面有一个叫Dispatcher的实现，很有意思。正好自己最近在学习boost::mpl等东东，因此花了几天学习，并把自己的学习心得总结了一下。相信对大多数C++程序员会有帮助。

前言

在编写通讯框架时，经常要处理众多的协议。而处理完协议后，再调用相应的处理函数时，
在C++中，我们一般要使用统一接口。比如Windows消息中的MSG结构等等。
这种统一的处理结构最大的缺点是缺乏有效地类型检测，容易出错。因为，编译器无法对每一个特定消息进行数据合法性检查。

不过利用模板技术，完全可以实现RPC参数的解析以及与C++函数的自动匹配，支持不定长参数。

伪代码

class Dispatcher {
    map<string, func> invokers_;
    void register_function( const std::string& name, func);
    void invoke( void* packet ) {
       sequence params = deserialize( packet );
       invokers_[ params["name"] ]( params );
    }
}

void hello(const std::string& msg ) {
}
void hello2(const std::string& msg , const std::string& from) {
}

Dispatcher.register_function("hello", hello );
Dispatcher.register_function("hello2", hello2 );

准备知识

C++ template
boost::bind
boost::function      仿函数
boost::fusion         处理不同类型参数的sequence
boost::mpl             处理函数参数表的推导


part1 - basic framework

由于用户提供的函数带有不确定个数的参数，因此，在dispatcher内部，需要首先将用户提供的Function转换成为统一参数的仿函数，定义如下：

引用

出于讲解的需要，暂时不支持返回值，且与应用相关的参数被简化为一个void*

typedef boost::function<void(void*)> invoker_function_type;

相应的容器为

typedef std::map<std::string, invoker_function_type> dictionary_type;

注册函数考虑面向对象，因此包含函数Function和类实例Base.

class Dispatcher {
    // 实际的invoke函数形式
    typedef boost::function<void(void*)> invoker_function_type;
    // name -> invoker 表
    typedef std::map<std::string, invoker_function_type> dictionary_type;

    dictionary_type m_invokers;

public:
    template<typename Function, typename Base>
    void register_function(std::string const & name, Function f, Base& base) {
        m_invokers[name] = ...;  //TODO
    }
};

part2 - invoker

invoker是整个实现的核心。其中最重要的是对用户调用函数参数的自适应。

// predefinition
template<typename Function
,typename From = typename mpl::advance_c<typename mpl::begin< ft::parameter_types<Function> >::type, 1>::type
,typename To = typename mpl::end< ft::parameter_types<Function> >::type
>
struct Invoker;

// invoker，提取参数，放入sequence,继续调用
template<typename Function
    ,typename From
    ,typename To
>
struct Invoker
{
    static void apply(Function func) {
        typedef typename mpl::deref<From>::type arg_type;        // 当前参数类型
        typedef typename mpl::next<From>::type next_iter_type;    // 下一个参数

        typedef Invoker<Function, next_iter_type, To>    NextInvoker;
        NextInvoker::apply(func);
    }
};

// 特化的invoker，结尾
template<typename Function
,typename To
>
struct Invoker<Function,To,To>
{
    static void apply(Function func) {
        std::cout << "finish";
    }
};

template<typename Function>
void trigger(Function func) {

    Invoker<Function>::apply( func );
}

不准确，但是直观的的描述可以理解为：
如果 函数为 func( int, char,void*)，则实际生成的模板类分别是

Invoker< Function, int , void >;
Invoker< Function, char, void >;
Invoker< Function, void*, void >;
Invoker< Function, void, void >;  //* 这个会匹配到特化的Invoker，从而结束递归

加入收集参数的模板参数

// invoker，提取参数，放入sequence,继续调用
template<typename Function
    ,typename From
    ,typename To
>
struct Invoker
{
    template< typename Args >
    static void apply(Function func, Args args) {
        typedef typename mpl::deref<From>::type arg_type;        // 当前参数类型
        typedef typename mpl::next<From>::type next_iter_type;    // 下一个参数

        typedef Invoker<Function, next_iter_type, To>    NextInvoker;
        NextInvoker::apply(func, fusion::push_back(args,std::string("hello")));
    }
};

// 特化的invoker，结尾
template<typename Function
,typename To
>
struct Invoker<Function,To,To>
{
    template< typename Args >
    static void apply(Function func,Args args) {
        std::cout << args;
        fusion::invoke(func, fusion::push_front(args, input));  // 完成对用户函数的调用
    }
};

template<typename Function>
void trigger(Function func) {
    Invoker<Function>::apply( func , fusion::nil() );
}

进一步实现对参数的提取，就可以实现一个完整的RPC的机制。