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tag_invoke

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By SimonCho 4 min read

在看libunifex的代码，里面用了比较多的tag_invoke来连接receiver和sender，主要记一下tag_invoke的用法，太jb傻逼难读了。

1. 为什么需要它？（痛点）

在 C++ 中，如果你想让不同的类支持同一个操作（比如 start 一个异步任务），通常有两种做法：

  • 做法 A：虚函数（多态）。
    • 缺点：有虚函数表指针开销，不能在编译期优化（内联），且你无法给 std::vector 这种现有的类添加虚函数。
  • 做法 B：普通的函数重载（ADL 机制）。
    • 缺点：查找规则极其复杂，容易起冲突，报错信息难以理解。

tag_invoke 诞生了： 它要把所有这些操作统一到一个入口下。

2. tag_invoke 的直观理解

你可以把 tag_invoke 想象成一个中转站。

假设我们要实现一个 connect 操作：

  1. 定义一个标签（Tag）：struct connect_t {};
  2. 定义一个统一入口：不管你是谁，只要你想调用 connect，你就调用 tag_invoke(connect_t{}, obj, ...)。
  3. 用户实现：具体的类只需要在自己的命名空间里实现一个 tag_invoke 函数，第一个参数是 connect_t。

3. 代码长什么样？

我们可以拆解成三个角色：

第一步：库的作者定义“操作”（定义插座）

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// 在 unifex 库里
struct connect_t {
    // 这是一个简化版的入口
    template<typename S, typename R>
    auto operator()(S&& s, R&& r) const {
        // 它会去寻找匹配的 tag_invoke 函数
        return tag_invoke(*this, (S&&)s, (R&&)r);
    }
};

inline constexpr connect_t connect{}; // 定义全局常量

第二步：你定义自己的类（实现插头）

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struct MyReceiver {
    // Receiver 的实现
};

struct MySender {
    // 注意：这是一个友元函数，第一个参数是标签类型
    friend auto tag_invoke(connect_t, MySender& self, MyReceiver& r) {
        std::cout << "MySender connected!\n";
        return MyOperationState{};
    }
};

第三步：使用方（插上电源）

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MySender s;
MyReceiver r;

// 统一调用方式
unifex::connect(s, r); 
// 实际上内部执行了 tag_invoke(connect_t{}, s, r)

4. 为什么 libunifex 疯狂使用它？

tag_invoke主要优势：

  1. 非侵入性 (Non-intrusive)： 你可以在不修改原始类定义的情况下，为第三方库的类添加功能。只要定义一个对应的 tag_invoke 重载即可。

  2. 完美的泛型支持： 在模板代码里，我只需要写 unifex::connect(sender, receiver)，编译器就能自动根据 sender 的类型找到正确的实现。如果 sender 没实现这个操作，编译报错会非常明确。

  3. 零成本抽象 (Zero-overhead)： 它在编译期就完成了分发，没有虚函数的性能损失，编译器可以轻松地进行内联优化。

总结

tag_invoke 就像是 C++ 里的 Trait (Rust) 或 Interface (Go) 的静态实现版本。它把“做什么操作”（Tag）和“谁来做”（Type）解耦了，然后通过一个全局函数把它们撮合在一起。

这里就把逻辑拆散到了各个 tag_invoke 的重载里，而不是集中在一个类的方法里。 你需要通过 Tag 去寻找真正的逻辑实现。

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