C++之std::bind()函数的使用

一、可调用对象

• 一个函数指针
• 一个具有operator()成员函数的类的对象
• 可被转换成函数指针的类对象
• 一个类成员函数指针

C++中可调用对象虽然都有一个比较统一的操作形式，但是定义方法五花八门，这样就导致使用统一的方式保存可调用对象或者传递可调用对象时，十分繁琐。因此提供了std::function和std::bind统一了可调用对象的各种操作。

不同类型可能具有相同的调用形式，如：

// 普通函数
int add(int a, int b){return a+b;} 

// lambda表达式
auto mod = [](int a, int b){ return a % b;}

// 函数对象类
struct divide{
    int operator()(int denominator, int divisor){
        return denominator/divisor;
    }
};

上述三种可调用对象虽然类型不同，但是共享了一种调用形式：

int(int ,int)

std::function就可以将上述类型保存起来，如下：

std::function<int(int ,int)>  a = add; 
std::function<int(int ,int)>  b = mod ; 
std::function<int(int ,int)>  c = divide(); 

二、std::function

• std::function 是一个可调用对象包装器，是一个类模板，可以容纳除了类成员函数指针之外的所有可调用对象，它可以用统一的方式处理函数、函数对象、函数指针，并允许保存和延迟它们的执行。
• 定义格式：std::function<函数类型>。
• std::function可以取代函数指针的作用，因为它可以延迟函数的执行，特别适合作为回调函数使用。它比普通函数指针更加的灵活和便利。

三、std::bind
可将std::bind函数看作一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。std::bind将可调用对象与其参数一起进行绑定，绑定后的结果可以使用std::function保存。
std::bind主要有以下两个作用：

• 将可调用对象和其参数绑定成一个仿函数
• 只绑定部分参数，减少可调用对象传入的参数

3.1 std::bind()绑定普通函数

double my_divide (double x, double y) {return x/y;}
auto fn_half = std::bind (my_divide,_1,2);  
std::cout << fn_half(10) << '\n';    //输出5                    

• bind的第一个参数是函数名，普通函数做实参时，会隐式转换成函数指针。因此std::bind (my_divide,_1,2)等价于std::bind (&my_divide,_1,2)
• _1表示占位符，位于中，std::placeholders::_1表示参数的顺序，这里指定了第一个参数的位置在第一位，第二位给出了默认值，这样就减少了一个调用对象传入的参数。

3.2 std::bind()绑定成员函数

struct Foo {
    void print_sum(int n1, int n2)
    {
        std::cout << n1+n2 << '\n';
    }
    int data = 10;
};
int main() 
{
    Foo foo;
    auto f = std::bind(&Foo::print_sum, &foo, 95, std::placeholders::_1);
    f(5); // 100
}

• bind绑定类成员函数时，第一个参数表示对象的成员函数的指针，第二个参数表示对象的地址。
• 必须显示的指定&Foo::print_sum，因为编译器不会将对象的成员函数隐式转换成函数指针，所以必须在Foo::print_sum前添加&；
• 使用对象成员函数的指针时，必须要知道该指针属于哪个对象，因此第二个参数为对象的地址 &foo；

3.3 std::bind()绑定一个引用参数
默认情况下，bind的那些不是占位符的参数被拷贝到bind返回的可调用对象中。但是，有时对有些绑定的参数希望以引用而不是拷贝的方式传递或者要传入的参数无法拷贝，就需要借助std::ref()函数。

eg1:想以引用方式传递参数

#include 

void print2(int &a, int &b)
{
	std::cout << "函数调用：a=" << a << ", b=" << b << "\n";
	++a;
	++b;
}

int main(int argc, char* argv[], char* env[])
{

	int a = 1;
	int b = 2;

	auto func2 = std::bind(print2, a, std::ref(b));

	std::cout << "调用前，a=" << a << ", b=" << b << "\n";
	func2();
	std::cout << "调用后，a=" << a << ", b=" << b << "\n";

        return 0;
}

结果输出：

调用前，a=1,b=2
函数调用：a=1,b=2
调用后：a=1,b=3

eg2:传入的参数不能拷贝

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std::placeholders;
using namespace std;

ostream & print(ostream &os, const string& s, char c)
{
    os << s << c;
    return os;
}

int main()
{
    vector<string> words{"helo", "world", "this", "is", "C++11"};
    ostringstream os;
    char c = ' ';
    for_each(words.begin(), words.end(), 
                   [&os, c](const string & s){os << s << c;} );
    cout << os.str() << endl;

    ostringstream os1;
    // ostream不能拷贝，若希望传递给bind一个对象，
    // 而不拷贝它，就必须使用标准库提供的ref函数
    for_each(words.begin(), words.end(),
                   bind(print, ref(os1), _1, c));
    cout << os1.str() << endl;
}

• std::bind的函数参数默认使用的是拷贝， 如果需要使用引用，则需要配合std::ref。

3.4官方例子

#include 
#include 
#include 
#include 
 
void f(int n1, int n2, int n3, const int& n4, int n5)
{
    std::cout << n1 << ' ' << n2 << ' ' << n3 << ' ' << n4 << ' ' << n5 << '\n';
}
 
int g(int n1)
{
    return n1;
}
 
struct Foo {
    void print_sum(int n1, int n2)
    {
        std::cout << n1+n2 << '\n';
    }
    int data = 10;
};
 
int main()
{
    using namespace std::placeholders;  // for _1, _2, _3...
 
    // demonstrates argument reordering and pass-by-reference
    int n = 7;
    // (_1 and _2 are from std::placeholders, and represent future
    // arguments that will be passed to f1)
    auto f1 = std::bind(f, _2, 42, _1, std::cref(n), n);
    n = 10;
    f1(1, 2, 1001); // 1 is bound by _1, 2 is bound by _2, 1001 is unused
                    // makes a call to f(2, 42, 1, n, 7)
 
    // nested bind subexpressions share the placeholders
    auto f2 = std::bind(f, _3, std::bind(g, _3), _3, 4, 5);
    f2(10, 11, 12); // makes a call to f(12, g(12), 12, 4, 5);
 
    // common use case: binding a RNG with a distribution
    std::default_random_engine e;
    std::uniform_int_distribution<> d(0, 10);
    auto rnd = std::bind(d, e); // a copy of e is stored in rnd
    for(int n=0; n<10; ++n)
        std::cout << rnd() << ' ';
    std::cout << '\n';
 
    // bind to a pointer to member function
    Foo foo;
    auto f3 = std::bind(&Foo::print_sum, &foo, 95, _1);
    f3(5);
 
    // bind to a pointer to data member
    auto f4 = std::bind(&Foo::data, _1);
    std::cout << f4(foo) << '\n';
 
    // smart pointers can be used to call members of the referenced objects, too
    std::cout << f4(std::make_shared<Foo>(foo)) << '\n'
              << f4(std::make_unique<Foo>(foo)) << '\n';
}

结果输出：

2 42 1 10 7
12 12 12 4 5
1 5 0 2 0 8 2 2 10 8
100
10
10
10