C11简洁之道：函数绑定 1、 可调用对象 2、 std::function 3、 std::bind绑定器
在C++中，有“可调用对象”这么个概念，那么什么是调用对象呢？有哪些情况？我们来看看：
- 函数指针；
- 具有operator()成员函数的类对象（仿函数）；
- 可以被转换为函数指针的类对象；
- 类成员（函数）指针。
我们来看代码：
//函数指针 void func(void) { //... } struct Foo { void operator()(void) { //... } }; struct Bar { using fr_t = void(*)(void); static void func(void) { //... } operator fr_t(void) { return func; } }; struct A { int mia; void mem_func(void) { //... } }; int main(void) { //函数指针 void(* func_ptr)(void) = &func; func_ptr(); //仿函数 Foo foo; foo(); //被转为指针的类对象 Bar bar; bar(); //类成员函数指针 void (A::*mem_func_ptr)(void) = &A::mem_func; //类成员指针 int A::*mem_obj_ptr = &A::mia; A aa; (aa.*mem_func_ptr)(); aa.*mem_obj_ptr = 123; return 0; }
上述的对象都是可调用对象，这些对象的类型统称为“可调用类型”。这些可调用对象都具有统一的操作形式，除了类成员指针之外，都是通过括号的方式来进行调用，但是定义的方法比较多，在C++11中增加了std::function来进行函数对象的调用。
2、 std::function
std::function是一个可调用对象的包装器，他是一个类模板，可以容纳除了类成员（函数）指针之外的所用可调用对象，通过指定他的模板参数，可以以统一的方式处理函数、函数对象、函数指针，并允许保存或者延迟执行。
当我们给std::function填入合适的函数签名（即一个函数类型，只需要包括返回值和参数列表）之后，它就变成了一个可以容纳所有这一类调用方式的“函数包装器”。
#include <iostream> #include <functional> void func(void) { std::cout << __FUNCTION__ << std::endl; } class Foo { public: static int foo_func(int a) { std::cout << __FUNCTION__ << "(" << a << ")->: "; return a; } }; class Bar { public: int operator()(int a) { std::cout << __FUNCTION__ << "(" << a << ")->: "; return a; } }; int main(void) { //绑定一个普通函数 std::function<void(void)> fr1 = func; fr1(); //绑定一个静态成员函数 std::function<int(int)> fr2 = Foo::foo_func; std::cout << fr2(111) << std::endl; //绑定一个仿函数 Bar bar; fr2 = bar; std::cout << fr2(111) << std::endl; return 0; }
执行结果：
std::function还可以取代函数指针的作用，因为它可以保存函数延迟执行，所以也适合做回调函数。
#include <iostream> #include <functional> class A { std::function<void()> callback; public: A(const std::function<void()> &f) : callback(f){} void notify(void) { callback(); } }; class Foo { public: void operator()(void) { std::cout << __FUNCTION__ << std::endl; } }; int main(void) { Foo foo; A aa(foo); aa.notify(); return 0; }
std::function还可以作为函数入参，比普通函数指针更加灵活和便利。
#include <iostream> #include <functional> void call_when_event(int x, const std::function<void(int)>& f) { if(!(x & 1)) //x % 2 == 0 { f(x); } } void output(int x) { std::cout << x << " "; } int main(void) { for(int i = 0; i < 10; i++) { call_when_event(i, output); } std::cout << std::endl; return 0; }
3、 std::bind绑定器
3.1 std::bind绑定器
std::bind用来将可调用对象与起参数一起进行绑定，绑定的结果使用std::function进行保存，并在我们需要调用的时候调用。它主要有两大作用：
- 将可调用对象和参数绑定成为一个仿函数；
- 将多元（参数个数为n,n-1）可调用对象转换成一元或者（n-1）元可调用对象，即只绑定部分对象。
我们来看实际使用：
#include <iostream> #include <functional> void call_when_event(int x, const std::function<void(int)>& f) { if(!(x & 1)) //x % 2 == 0 { f(x); } } void output(int x) { std::cout << x << " "; } void output2(int x) { std::cout << x + 2 << " "; } int main(void) { { auto fr = std::bind(output, std::placeholders::_1); for(int i = 0; i < 10; i++) { call_when_event(i, fr); } std::cout << std::endl; } { auto fr = std::bind(output2, std::placeholders::_1); for(int i = 0; i < 10; i++) { call_when_event(i, fr); } std::cout << std::endl; } return 0; }
通过代码我们可以知道std::bind在函数外部通过绑定不同的函数，控制执行结果。这里我们还使用了std::placeholders占位符来绑定函数参数。
3.2 std::placeholders
通过std::placeholders占位符绑定函数参数，使得std::bind的使用非常灵活。std::placeholders决定函数占用位置取用输入参数的第几个参数。
#include <iostream> #include <functional> void output(int x, int y) { std::cout << x << " " << y << std::endl; } int main(void) { std::bind(output, 1, 2)(); //输出：1 2 std::bind(output, std::placeholders::_1, 2)(1); //输出：1 2 std::bind(output, 2, std::placeholders::_1)(1); //输出：2 1 //std::bind(output, 2, std::placeholders::_2)(1); //error，没有第二个参数 std::bind(output, 2, std::placeholders::_2)(1,2); //输出：2 2,第一个参数被抛弃 std::bind(output, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2)(1,2); //输出：1 2 std::bind(output, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1)(1,2); //输出：2 1 return 0; }
3.3 std::bind+std::function
我们先看一组例子：
#include <iostream> #include <functional> class A { public: int mi = 0; void output(int x, int y) { std::cout << x << " " << y << std::endl; } }; int main(void) { A a; std::function<void(int, int)> fr = std::bind(&A::output, &a, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2); fr(1, 2); std::function<int &(void)> fr_i = std::bind(&A::mi, &a); fr_i() = 123; std::cout << a.mi << std::endl; return 0; }
fr的类型是std::function<void(int, int)>，我们通过std::bind将A的成员函数output的指针和a绑定，并转换为一个仿函数存储在fr中。
通过std::bind将A的成员mi的指针和a绑定，返回的结果放入类型为std::function<int &(void)>的fr_i中，可以在需要的时候修改这个成员的值。
3.4 改善标准函数
假如我们有一个这样的需求，对某个集合里面的元素进行统计，假设元素类型为int，那么我们需要对类型做比较，必须有一个阀值，即大于或者小于这个数。这里我们可以通过标准库的函数来实现。
#include <iostream> #include <functional> int main() { std::vector<int> coll; for (int i = 1; i <= 10; ++i) { coll.push_back(i); } // 查找元素值大于10的元素的个数 // 也就是使得10 < elem成立的元素个数 int res = count_if(coll.begin(), coll.end(), std::bind1st(less<int>(), 10)); cout << res << endl; // 查找元素值小于10的元素的个数 // 也就是使得elem < 10成立的元素个数 res = count_if(coll.begin(), coll.end(), std::bind2nd(less<int>(), 10)); cout << res << endl; bool b = less<int>(10, 20); // 返回true return 0; }
本质上是对一个二元函数less<int>的调用，但是要分别调用bind1st,bind2nd，用起来比较繁杂，现在我们有bind，可以用统一的方式去实现。并不用关心是bind1st还是bind2nd，用bind即可。
#include <iostream> #include <functional> int main() { using std::placeholders::_1; std::vector<int> coll; //查找元素值大于10的元素个数 int count = std::count_if(coll.begin(), coll.end(), std::bind(less<int>(), 10, _1)); //查找元素值小于10的元素个数 count = std::count_if(coll.begin(), coll.end(), std::bind(less<int>(), _1, 10)); return 0; }
3.5 组合使用
bind可以绑定多个函数，假设我们要对某个集合在大于5小于10的元素个数进行统计，我们该怎么封装呢？
首先封装一个判断是否大于5的函数，使其输入只有一个参数，直接和5比较，大于5返回true。
std::bind(std::greater<int>(), std::placeholders::_1, 5);
同样，我们需要封装一个判断是否小于10的函数，使其输入一个参数，小于10则返回true。
std::bind(std::less_equal<int>(), std::placeholders::_1, 10);
然后组合,即可调用：
using std::placeholders::_1; auto f = std::bind(std::logical_and<bool>(), std::bind(std::greater<int>(), std::placeholders::_1, 5), std::bind(std::less_equal<int>(), std::placeholders::_1, 10)); int count = std::count_if(coll.begin(), coll.end(), f);