C++11 --- function 包装器以及 bind 适配器

序言

 当我们学 C 语言 时，当讨论到可调用对象时，第一时间会想到函数，或者是函数指针。但是经过 C++ 的学习，可调用对象可就多了，除了上述两个还包括仿函数，lambda 表达式，类成员函数等。怎么进行统一的管理呢？

---

1. function 包装器

1.1 function 的作用

 很多时候，我们的可调用对象可能大相径庭，但是他们的功能都是一样的，如下代码：

// 函数
int AddFunc(const int& left, const int& right)
{return left + right;
}// 仿函数
struct Addobject
{int operator()(const int& left, const int& right){return left + right;}
};// lambda 表达式
auto AddLam = [](const int& left, const int& right) { return left + right; };

我们就可以使用 function 将功能相同，类型不同的可调用对象统一起来！并且在大多数场景下，function 都是可以平替掉 函数指针 的，因为他更加的灵活。

1.2 function 的使用

 function 使用起来也十分的方便，我们首先来看他的声明：

std::function
template <class T> function;     // undefined
template <class Ret, class... Args> class function<Ret(Args...)>;

在这里我们主要介绍第二种形式：

• Ret：代表调用对象的返回值
• class... Args：代表可调用对象的参数

我们现在就针对于可调用对象分别做使用演示：

1. 函数

// 函数
int AddFunc(const int& left, const int& right)
{return left + right;
}int main()
{// 注意匹配返回值类型和参数类型std::function<int(int, int)> func1 = AddFunc;std::cout << func1(1, 2) << std::endl;return 0;
}

2. Lambda 表达式

int main()
{// lambda 表达式std::function<int(int, int)> func1 = [](const int& left, const int& right) { return left + right; };std::cout << func1(1, 2) << std::endl;return 0;
}

使用时直接使用 function 接受表达式返回的类型。

3. 仿函数

// 仿函数
struct Addobject
{int operator()(const int& left, const int& right){return left + right;}
};int main()
{std::function<int(int, int)> func1 = Addobject();std::cout << func1(1, 2) << std::endl;return 0;
}

4. 类成员函数

 这个就较为特殊了，类成员函数分为 普通成员函数，静态成员函数，在这里我们首先介绍前者。
 这里可就有坑了！我们先看看怎么入坑的，以及为什么有坑？

参数类型和数量看起来是匹配的，其实不然，大家别忘了一个隐含指针：

这样的话参数列表就和我们的 function 不匹配了，有什么好的解决方案吗？这里有两个：

// 方案一: 创建一个类的对象，传入指针
std::function<int(AddClass*, int, int)> func1 = &AddClass::AddFunc;
AddClass ac;
std::cout << func1(&ac, 1, 1) << std::endl;

可以看出来，这十分的不优雅，太挫了！并且和上面的 function 一比，参数都变了！

我们再来看一个比较优雅的：

// 方案二：使用 lambda 表达式作为中间中转一下
std::function<int(int, int)> func1 = [](const int &left, const int &right)
{return AddClass().AddFunc(left, right);
};

这个看起来就顺眼多了吧！

起始还有一个方案三，我们在介绍 bind 之后再介绍一下。

 现在我们再介绍 静态成员函数，这个就友好一点了，这是因为静态成员函数 不依赖于类的任何特定实例来执行其功能，因此不需要 this 指针来访问类的成员变量或成员函数。
 举个例子吧：

class AddClass
{
public:int AddFunc(const int& left, const int& right){return left + right;}static int AddStatic(const int& left, const int& right){return left + right;}
};int main()
{std::function<int(int, int)> func1 = AddClass::AddStatic;std::cout << func1(1, 2) << std::endl;return 0;
}

5. 模板函数

 模板函数再被介绍之前，需要指定类型:

template<class T>
T AddTle(const T& left, const T& right)
{return left + right;
}int main()
{std::function<int(int, int)> func1 = AddTle<int>;std::cout << func1(1, 2) << std::endl;return 0;
}

---

2. bind 适配器

2.1 bind 的作用

 C++11 中的 std::bind 是一个功能强大的函数适配器，它用于 生成新的可调用实体（通常是函数对象）。std::bind 可以 绑定函数调用的某些参数到特定的值，然后返回一个新的函数对象，这个新的函数对象在被调用时，会自动使用绑定的参数值，并接受其他未绑定的参数。
 我们在这里主要介绍他的两个主要功能 顺序互换 以及 参数绑定。

2.2 顺序互换

 这个功能使用的比较少，但是我们在这里简单介绍一下。首先我们创建一个进行除法操作的的函数：

double my_divide(double x, double y) { return x / y; }int main()
{std::cout << my_divide(10, 1) << std::endl; // 10return 0;
}

现在我想要使用 bind 将被除数和除数的顺序颠倒一下，形成一个新的调用对象，先看一下该适配器的声明：

template <class Fn, class... Args>/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);

第一个参数是传入可调用对象，之后便是模板参数包，他的使用说明为：

Each argument may either be bound to a value or be a placeholder:- If bound to a value, calling the returned function object will always use that value as argument.- If a placeholder, calling the returned function object forwards an argument passed to the call (the one whose order number is specified by the placeholder).

想表达的意思主要是：

• 如果传入的参数为一个固定的值，则可调用对象就会一直使用那个值
• 如果是一个占位符，则可调用对象使用传入的参数

这里的占位符位于：std::placeholders 来代表一个参数。

 我们来看一下，如果使用 bind 来创建一个和函数功能一模一样的可调用对象：

double my_divide(double x, double y) { return x / y; }int main()
{std::cout << my_divide(10, 1) << std::endl; // 10auto func = std::bind(my_divide, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);return 0;
}

首先我们传入了函数地址（函数名），之后我们想要在调用时手动输入参数，于是按照顺序传入占位符 1，占位符 2。

 现在我们想要调换一下参数调用顺序，于是我们直接将占位符（一个占位符对应该位置的参数）的顺序调换 :

auto func = std::bind(my_divide, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1);

这就完成啦，当我们调用 func(10, 1) 时结果就会变成 0.1 。

2.3 绑定参数

 这个功能就比较强大了，明明有些函数我们需要传递 3 个参数，但通过绑定，我们可以直接传 2 个，1 个，甚至不传，就比如，还是拿上一个函数举例：

double my_divide(double x, double y) { return x / y; }int main()
{std::cout << my_divide(10, 1) << std::endl; // 普通调用auto func1 = std::bind(my_divide, 20, std::placeholders::_1); // 绑定一个参数std::cout << func1(10) << std::endl;auto func2 = std::bind(my_divide, 20, 10); // 绑定两个参数std::cout << func2() << std::endl;return 0;
}

还记得我们上面的方案三吗，现在我们再次实现：

class AddClass
{
public:int AddFunc(const int& left, const int& right){return left + right;}
};int main()
{std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(&AddClass::AddFunc, AddClass(), std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);std::cout << func1(1, 2) << std::endl;return 0;
}

 大家可能现在觉得可能这个感觉也没啥呀？没感觉有啥用呀？其实是因为我们没有对应的使用场景，没有代入感！还记得在学习多线程时一个函数吗？

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,  void *(*start_routine) (void *), void *arg);

这个函数我们主要关注后两个参数，前者代表我们需要调用的函数，后者是参数。平常使用感觉按部就班就好，但是万一我们是调用一个类中的函数呢？类中的普通成员是带有 this 指针的，和后者的参数不匹配的。之前，我们的解决方案是封装几层调用关系；现在的话，一个 bind 就能解决了！

---

3. 序言

 在这篇文章中，我们主要介绍了 function 包装器以及 bind 适配器，现在我们对可调用对象又有了一个新的认识，希望大家有所收获！