C++技能系列 ( 6 ) - 可调用对象、std::function与std::bind【详解】

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一、可调用对象

1、函数指针

调用函数，就是一个可调用对象。

看如下范例：

//myfunc函数的定义
void myfunc(int tv)
{
	cout << "myfunc()函数执行了， tv = " << tv << endl;
}

//在main主函数中，加入如下代码
void (*pmf)(int) = myfunc; // 定义函数指针并给初值，myfunc也可以写成&myfunc,是一样的。
pmf(15);//调用函数，就是一个可调用对象

2、具有operator( )成员函数的类对象（仿函数或函数对象）

仿函数的定义：仿函数（functors）又称为函数对象（function objects）,是一个能行驶函数功能的类所定义的对象。仿函数的语法几乎和普通函数调用一样。

看如下范例：

class TC
{
public:
	void operator()(int tv)
	{
		cout << "TC::operator()执行了，tv= " << tv << endl;
	}
};
//在mian主函数中，加入如下代码
TC tc；
tc(20);//调用的是( )操作符，这就是一个可调用对象，等价于tc.operator()(20);

3、可被转换为函数指针的类对象

可被转换为函数指针的类对象也可以叫作仿函数或函数对象。

看如下范例：

class TC2
{
public:
	using tfpoint = void(*)(int);
	static void myfunc(int tv) //静态成员函数
	{
		cout << "TC2::mysfunc()静态成员函数执行了，tv=" << tv << endl;
	}
	operator tfpoint() //类型转换运算符/类型转换函数
	{
		return mysfunc;
	}
}
//在mian主函数中，加入如下代码
TC2 tc2
tc2(50);//先调用tfpoint,再调用mysfunc;这就是一个可调用对象，等价于tc2.operator TC2::tfpoint()(50);

4、类成员函数指针

看如下范例：

class TC
{
public:
	void operator()(int tv)
	{
		cout << "TC::operator()执行了，tv= " << tv << endl;
	}
	void ptfunc(int tv){
		cout << "TC::ptfunc()执行了，tv = " << tv << endl;
	}
private:
	int m_a;
};
//在mian主函数中，加入如下代码
TC tc3;
//类成员函数指针变量myfpoint定义并给初值
void (TC::* myfpointpt)(int) = &TC::ptfunc; 
//要调用成员函数，就必须用到对象tc3
(tc3.*myfpointpt)(68);

那么，有没有什么方法能够把这些可调用对象的调用形式统一一下呢？有，那就是使用std::function把这些可调用对象包装起来。

二、std::function可调用对象包装器

std::function的头文件是#include< functional > ，这个类模版用来包装各种可调用对象，比较遗憾的是它不能装类成员函数指针，因为类成员函数指针是需要类对象参与才能完成的。

std::function类模版的特点是：通过指定模版参数，它能够用统一的方式来处理各种可调用对象。

1、绑定普通函数

看如下范例：

//绑定一个普通函数，注意< >中的格式
std::function<void(int)> f1 = myfunc;
//调用普通函数
f1(100);

2、绑定类的静态成员函数

看如下范例：（在TC类增加一个public修饰的静态成员函数）

class TC
{
public:
	void operator()(int tv)
	{
		cout << "TC::operator()执行了，tv= " << tv << endl;
	}
	static int stcfunc(int tv)
	{
		cout << "TC::stcfunc()静态成员函数执行了，tv = " << tv << endl;
		return tv;
	}
};
//在mian主函数中，加入如下代码
//绑定一个类的静态成员函数
std::function<int(int)> fs2 = TC::stcfunc;
//调用静态成员函数
fs(110);

3、绑定仿函数

class TC
{
public:
	TC() //构造函数
	{
		m_a = 1;
	}
	void operator()(int tv)
	{
		cout << "TC::operator()执行了，tv= " << tv << endl;
	}
private：
	int m_a;
};
//在mian主函数中，加入如下代码
TC tc3;
std::function<void(int)> f3 = tc3; 
f3(120); //TC::operator()执行了，tv = 120

4、范例演示

范例一：

class CB
{
	std::function<void()>fcllback;
public:
	CB(const std::function<void()> &f):fcallback(f)
	{
		int i;
		i = 1;
	}
	void runcallback(void)
	{
		fcallback();
	}
};

class CT
{
public:
	CT()
	{
		cout << "CT::CT()执行" << endl;
	}
	CT(const CT&) //拷贝构造函数
	{
		cout << "CT::CT(const CT&)执行" << endl;
	}
	void operator()(void)
	{
		cout << "CT::operator()执行" << endl;
	}
};

int main()
{
	CT ct;
	CB cb(ct);
	cb.runcallback();
	
	return 0;
}

范例二：

void mycbk(int cs, const std::function<void(int)>& f)
{
	f(cs);
}
void runfunc(int x)
{
	cout << x <<endl;
}
int main()
{
	for(int i = 0; i < 10; i ++)
	{
		mycbk(i, runfunc);
	}
	return 0;
}

三、std::bind 绑定器

std::bind是一个函数模版，这个函数模版的头文件#include< functional >。std::bind能将对象以及相关的参数绑定到一起，绑定完后可以直接调用，也可以用std::function进行保存，在需要的时候调用。该函数的一般格式如下：
std::bind(带绑定的函数对象/函数指针/成员函数指针, 参数绑定值1, 参数绑定值2, ..., 参数绑定值n);

std::bind有两个意思：

- 将可调用对象和参数绑定在一起，构成一个仿函数，所以可以直接调用。
- 如果函数有多个参数，可以绑定部分参数，其他的参数在调用的时候指定。

下面我们通过范例来理解这个函数模版的使用：

详解看备注

void myfunc1(int x, int y, int z)
{
	cout << "x=" << x << ",y=" << y << ",z=" << z << endl;
}

void myfunc2(int &x, int &y)
{
	x++;
	y++;
}

class CQ
{
public:
	void myfunpt(int x, int y)
	{
		cout << "x=" << x << ",y=" << y << endl;
		m_a = x;
	}
private:
	int m_a = 0; 
}

int main()
//在main主函数
{
	//使用方式一
	{
		//其实返回值是一个仿函数对象，可以直接调用，也可以赋给std::function
		auto bf1 = std::bind(myfunc1, 10, 20, 30);
		//执行myfunc1函数，结果：x=10,y=20,z=30
		bf1();
	}
	//使用方式二
	{
		//也可以使用placeholders::占位符
		auto bf2 = std::bind(myfunc1, placeholders::_1, placeholders::_2, 30);
		bf2(5, 15);//结果：x=5,y=15,z=30
	}
	//使用方式三
	{
		//也可以直接调用
		std::bind(myfunc1, placeholders::_1, placeholders::_2, 30)(10, 20);//x=10,y=20,z=30
	}
	//使用方式四
	{
		//调换参数
		auto bf3 = std::bind(myfunc1, placeholders::_2, placeholders::_1, 30);
		bf2(5, 15); //结果：x=15,y=5,z=30
	}
	//使用方式五
	{
		int a = 2;
		int b = 3;
		auto bf4 = std::bind(myfunc2, a, placeholders::_1);
		bf4(b); //执行后结果：a=2,b=4。
				//这说明：bind对于预先绑定的函数的参数是通过值传递的所以这个a是值传递的。
				//bind对于不事先绑定的参数，通过std::placeholders传递的参数是
				//通过引用传递的，所以这个b实际上是引用传递的
	}
	//使用方式六
	{
		//一个类对象
		CQ cq;
		//类函数有绝对地址，和对象无关，但要被调用必须有类对象参数
		auto bf5 = std::bind(&CQ::myfunpt, cq, placeholders::_1, placeholders::_2);
		//对成员函数的调用
		bf5(10, 20); //结果为：x=10,y=20
		
		//⚠️上面的的第二个参数cq会导致生成一个临时的CQ对象，修改其m_a的值是不会改变真实cq对象，
		//⚠️cq前面加&，这样就不会导致生成一个临时的CQ对象，可以改变m_a的值
		//⚠️auto bf5 = std::bind(&CQ::myfunpt, &cq, placeholders::_1, placeholders::_2);
	}
	//使用方式七
	{
		//bind和function配合使用（bind返回值直接赋给std::function类型）
		std::function<void(int, int)> bfc6 = std::bind(&CQ::myfunpt, cq, placeholders::_1, placeholders::_2);
		bfc6(10, 20);
	}
	//使用方式八
	{
		//绑定成员变量
		std::function<int&(void)>bf7 = std::bind(%CQ::m_a, &cq);
		bf7() = 60; //执行后cq对象的m_a的成员变量值变为了60了
	}
	
	return 0;
}

四、小结

因为有了占位符（placeholder）这种概念，所以std::bind使用变得更加灵活。

std::bind 也可以绑定部分参数，绑定部分参数时，就需要通过std::placeholder来决定bind所在的位置的参数将会属于调用发生时的第几个参数。

• std::bind的思想实际上就是一种延迟计算的思想，将可调用对象保存起来，然后在需要的时候调用。
• std::function一般要绑定一个可调用对象，类成员函数不能被绑定。而std::bind更加强大，成员函数、成员变量等都能绑定。现在通过std::function和std::bind配合使用，所有的可调用对象都有了统一的操作方法。