第12课 std::bind和std::function_std::function可调用对象包装器

Posted 2020-10-09 浅墨浓香

1. std::function

（1）首先是一个类模板，用于包装可调用对象。可以容纳除了类成员（函数）指针之外的所有可调用对象。

（2）可以将普通函数，lambda表达式和函数对象类统一起来。尽管它们并不是相同的类型，但通过function类模板，可以转化为相同类型的对象（function对象），这样就可以用统一的方式来保存或传递可调用对象。

（3）实现了一套类型消除机制，可用统一的方式处理不同类型的可调用对象。

（4）std::function进一步深化以数据为中心（封装）的面向对象思想（连函数都对象化了）

【编程实验】std::function作为函数的入参（“万能类型”）

#include <iostream>
#include <functional> //for std::bind & std::function

using namespace std;
using namespace std::placeholders;

//传统C函数
int func(int a, int b)
{
    return a + b;
}

//仿函数
class Functor
{
public:
    int operator()(int a, int b)
    {
        return a - b;
    }
};

//类的成员函数
class Foo
{
public:
    static int func(int a, int b)
    {
        return a * b;
    }
    
    int func_common(int a, int b)
    {
        return a * b;
    }
};

//模板函数
template < typename T>
auto template_func (T a ,T b)->decltype(a + b)
{
    return a + b;
}

//测试函数
//1. 这是一个“万能”的函数，可接受不到类型的可调用对象，而不必他们重载多个版本的test函数
//2. 可以测试对象包含各类可调用对象，如普通函数、仿函数、lambda表达式等
int test(int x, int y, const std::function<int(int, int)>& callableObjects)
{
    return callableObjects(x, y);
}

int main()
{
    //传入普通函数
    using Fn = int(*)(int, int);
    Fn  fn = &func;
    //decltype(func)* fn = &func; 
    cout << "func(3, 4): " << test(3, 4, fn) << endl; //普通函数指针可以直接赋值给std::function
    
    //测试函数模板
    auto tfn = template_func<int>;
    cout << "template_func<int>(3, 4): " << test(3, 4, tfn) << endl;
    
    //测试仿函数
    Functor ftor;
    cout << "Functor(3, 4): " << test(3, 4, ftor) << endl; //仿函数可以直接赋值给std::function
    
    //测试lambda表达式
    auto lbd = [](int a, int b){ return a + b; };
    //lambda表达式可以直接赋值给std::function
    cout << "[](int a, int b){ return a + b }: " << test(3, 4, lbd) << endl;
    
    //测试类的成员函数
    auto memfn = Foo::func;  //静态成员函数
    //静态成员函数可以直接赋值给std::function
    cout << "Foo::func(3, 4): " << test(3, 4, memfn) << endl;
    //普通成员函数（不能直接赋值给std::function，需先经bind转成std::function）
    auto commfn = bind(&Foo::func_common, Foo(), _1, _2);//先转换为std::function
    cout << "Foo::func_common(3, 4): " << test(3, 4, commfn) << endl;
    
    return 0;
}
/*测试结果
e:\Study\C++11\12>g++ -std=c++11 test1.cpp
e:\Study\C++11\12>a.exe
func(3, 4): 7
template_func<int>(3, 4): 7
Functor(3, 4): -1
[](int a, int b){ return a + b }: 7
Foo::func(3, 4): 12
Foo::func_common(3, 4): 12
*/

2. std::function和std::bind的关系

（1）std::bind是一个函数模板，用于将可调用对象及其参数一起，绑定成一个std::function对象。其返回值是个std::function类型。

（2）std::function是一个类模板，用来包装各类可调用对象为新的callable object。他可以接受全局函数、类的静态成员函数并直接进行封装。但不能直接接受类的非静态成员，需要使用bind绑定才能赋值给std::function。

【编程实验】利用function+bind实现回调函数（类似于函数指针的作用，可保存、延迟处理函数）

#include <iostream>
#include <functional> //for std::bind & std::function

using namespace std;
using namespace std::placeholders;

//操作系统
class OperatingSystem
{
private:
    using NotifyFunc = std::function<void(string, string)>;
    NotifyFunc m_callback;
public:
    string jobname;
    string jobmessage;
public:
    OperatingSystem() : m_callback(nullptr){};
    
    template <typename T1, typename T2>
    void RegisterNotify(T1 memberFunc, T2* pThis)
    {
        m_callback = std::bind(memberFunc, pThis, _1, _2);
    }
    
    template <typename T>
    void RegisterNotify(T globalFunc)
    {
        m_callback = std::bind(globalFunc, _1, _2);
    }
    
    //当作业加入时，会回调作业本身定义的个性化通知！
    bool Notify()
    {
        if(m_callback != NULL)
            m_callback(jobname, jobmessage);
            
        return false;
    }
};

//作业类
class Job
{
private:
    
    //每次作业加入进来，会有个性化的通知
    void SendMsg(string name, string msg)
    {
        cout <<"(local)"<< name << ": " << msg << endl;
    }
    
public:
    string name;
    string msg;
    Job(string name, string msg):name(name),msg(msg)
    {
    }    
    
    void addJob(OperatingSystem& os)
    {
        os.RegisterNotify(&Job::SendMsg, this);
        os.jobname = name;
        os.jobmessage = msg;
        os.Notify();        
    }    
};

void SendMsg(string name, string msg)
{
    cout << "(global)" <<name << ": " << msg << endl;
}

int main()
{
    OperatingSystem os;
    
    //绑定Job类的成员函数
    Job job1("job1", "hello world!");
    job1.addJob(os);
    
    Job job2("job2", "thank you!");
    job2.addJob(os);
    
    //绑定全局函数
    os.RegisterNotify(&SendMsg);
    os.jobname = "job3";
    os.jobmessage = "nice to meet you!";
    os.Notify();
    
    return 0;
}
/*输出结果
e:\Study\C++11\12>g++ -std=c++11 test2.cpp
e:\Study\C++11\12>a.exe
(local)job1: hello world!
(local)job2: thank you!
(global)job3: nice to meet you!
*/