【浅析C++11】std::function和std::bind

时间：2022-10-01 21:32:17

std::function可调用对象包装器

C++可调用对象（Callable Objects）定义如下：

  1. 函数指针：与C语言一致；
  2. 类成员函数指针；
  3. 仿函数(functor)：也成函数对象，重载operator()运算符的类/结构体对象；
  4. lambda表达式。

std::function是Callable Objects的包装器(Wrapper)，可接收除了类成员函数指针以外的任意Callable Objects。std::function可用来处理函数回调，与C语言函数指针类似，允许保存以上Callable Objects，并延迟执行它们，但它可保存除函数指针外的其他Callable Objects，因此它比C语言更强大。

当我们为std::function具现化一个函数签名（函数类型，包括返回值和参数列表），它就成为一个可容纳所有这类调用的函数包装器。

std::function基本用法

#include <iostream>

#include <functional> // std::function

// global function

void func(void) {

  std::cout << __FUNCTION__ << std::endl;

}

class Foo {

public:

  // class static function

  static int foo_func(int a) {

    std::cout << __FUNCTION__ << "(" << a << "):";

    return a;

  }

  // class non-static member function

  int foo_func_nonstatic(int a) {

    std::cout << __FUNCTION__ << "(" << a  << "):";

    return a;

  }

};

class Bar {

public:

  // functor

  int operator()(int a) {

    std::cout << __FUNCTION__ << "(" << a << "):";

    return a;

  }

};

int main() {

  // 传入合适函数签名给std::function模板参数即可绑定对应签名的

  // 普通函数或

  // 类静态成员函数或

  // 借助std::bind绑定类非静态成员函数

  std::function<void(void)> func1 = func;

  std::function<int(int)> func2   = Foo::foo_func;

  Foo foo;

  std::function<int(int)> func3   = std::bind(&Foo::foo_func_nonstatic, &foo,

                                              std::placeholders::_1);

  // 然后，直接像函数一样调用

  func1(); // func

  std::cout << func2(1)  << std::endl; // foo_func(1):1

  std::cout << func3(11) << std::endl; // foo_func_nonstatic(11):11

  // 当函数签名一致时，func2可像一个变量一样复用

  // Bar重载了operator()即成为functor，可直接包装到std::function

  Bar bar;

  func2 = bar;

  std::cout << func2(2) << std::endl; // operator()(2):2

  // 也可绑定lambda表达式

  auto func_lambda = [](int a){

    std::cout << "bind lambda sample(" << a << ")" << std::endl;

  };

  func_lambda(3); // bind lambda sample(3)

  return 0;

}

既然std::function可作为左值接收函数对象，那么它可作为函数的形参；且std::function可绑定函数指针，实现函数的延迟执行，所以std::function可取代std::function作为回调函数。

std::function实现回调机制的例子如下：

#include <iostream>

#include <functional> // std::function

// 任意可调用对象，如普通全局函数

void func_callback(int a) {

  std::cout << __FUNCTION__ << ":Output, a=" << a << std::endl;

}

class Foo {

public:

  explicit Foo(std::function<void(int)> cb)

    :cb_(cb), a_(0) {

  }

  ~Foo() = default;

  // setter

  void set_a(int a) {

    a_ = a;

  }

  void OutputCallback() {

    cb_(a_);

  }

private:

  std::function<void(int)> cb_;

  int a_;

};

int main() {

  // 实例化Foo，并参数注入回调函数

  // 处理

  // 回调输出处理结果

  Foo foo(func_callback);

  foo.set_a(1);

  foo.OutputCallback(); // func_callback:Output, a=1

  return 0;

}

以上，介绍了std::function绑定Callable Objects的用法，并以一个实例演示了std::function作为函数回调的例子；其中，func_callback回调函数参数为int型，在实际应用如人脸智能分析中，人脸分析信息结构体指针可作为回调函数参数，该函数可输出人脸识别结果；Foo类可为人脸分析相关类，OutputCallback可能在该类某个人脸分析线程中被调用，分析得到的结果可调用OutputCallback回调输出给提供func_callback的用户。

注：C++11提供的std::function可替代C语言中函数指针作为回调函数，前者是C++编程风格，后者是C编程风格。

C/C++回调机制在服务器端并发编程和游戏领域应用广泛，著名2d游戏框架Cocos2dx大量使用回调机制，提供了常用的回调宏如下所示，更多回调机制可参考Cocos2dx开源源码。

// Cocos2dx new callbacks based on C++11

//

// __selector__：回调函数指针

// __target__：回调对象指针

// ##__VA_ARGS__：可变参数列表

// std::placeholders::_1：不定参数1，调用时由调用函数的参数传入

// std::placeholders::_2：不定参数2，调用时由调用函数的参数传入

// std::placeholders::_3：不定参数3，调用时由调用函数的参数传入

#define CC_CALLBACK_0(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, ##__VA_ARGS__)

#define CC_CALLBACK_1(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, ##__VA_ARGS__)

#define CC_CALLBACK_2(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, ##__VA_ARGS__)

#define CC_CALLBACK_3(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, std::placeholders::_3, ##__VA_ARGS__)

std::function/std::bind与抽象工厂、工厂方法的一点思考

TODO...

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