[C++语法基础与基本概念]std::function与可调用对象

std::function与可调用对象 函数指针lambda表达式std::function与std::bind仿函数总结std::thread与可调用对象std::async与可调用对象回调函数

可调用对象是指那些像函数一样可以直接被调用的对象，他们广泛用于C++的算法，回调，事件处理等机制。

函数指针

函数指针是最简单的一种可调用对象

我们大家应该都用过函数名来作为函数的地址，但是函数名称其实与函数的地址是有一些细微的差别的

void printHello() { std::cout << "Hello, World!" << std::endl; }

以上面的函数为例，函数的名称是printHello, 但是它的类型其实是void() , 而不是void(*)（），但是它可以被隐式的转化成void( * ），

void (*ptr)() = printHello;

在上面这行代码中，printHello会被隐式转化为void( * )(), 这就跟char [] 能被隐式的转化为char *很类似

如下代码也能完成上述转化，但是是显示的取函数地址

void (*ptr)() = &printHello

显示利用&运算符取地址

言归正传，在得到函数指针之后，我们就可以直接通过函数指针调用函数，并且可以将其作为一些函数的参数

例如：

bool cmp( int a, int b) { return a < b; } std::vector<int> vec = {2,1,4,3,7,6}; std::sort(vec.begin(),vec.end(),cmp);

上述例子就会将容器vec中的元素从小到大进行一个排序了。

lambda表达式

lambda是C++11引入的一种匿名函数对象，提供了一种简单的方式用来定义内联函数，它的标准格式如下：

[capture-list] (parameters) -> return-type { body }

[capture-list] 捕获列表，捕获的变量可以在lambda表达式的函数体内使用 (parameters) 参数列表，与函数的参数列表一致 -> return-type 返回值，如果不写，lambda表达式会自动推导返回值 {body} 函数体

既然返回值可以省略，lambda表达式最常见的格式就是

[](){ }

其中

[&x] 表示用引用的方式捕获变量x [x] 表示用值捕获的方式捕获变量x [=] 按值捕获的方式捕获作用域内所有变量 [&] 按引用捕获的方式捕获作用域内所有变量 [a, &b] 按值捕获a, 按引用捕获b

lambda表达式最简单的使用方式:

auto lambda = [](){ std::cout << "Hello World" << std::endl; }; lambda(); int x = 5; auto lambda = [x](int a){ return x + a; }; lambda(6);

如上图两个例子所示，lambda表达式可以就像普通函数那样被调用

lambda表达式的类型

auto lambda = [](){ std::cout << "Hello World" << std::endl; };

你知道此时auto是什么类型吗？

编译器会为每一个lambda表达式，生成如下面所示的一个类：

class __lambda_1 { public: void operator()() const { std::cout << "Hello, Lambda!" << std::endl; } };

这个类是使用了operator重载了()运算符的一个类，听起来跟隐函数非常像，此时auto的类型就是 __lambda_1

同样，lambda表达式也可以带入到各种以可调用对象为参数的函数之中

auto lambda [](int x,int y){ return x < y; }; std::vector<int> vec = {2,3,1,7,6,5}; std::sort(vec.begin(),vec.end(), lambda); std::function与std::bind

std::funtion也是一个可调用对象，它本质上叫做泛型函数包装器，可以用来包装任何的可调用对象，只要这个可调用对象的调用签名与自己匹配即可。 也可以用来包装另一个std::funtion，因为function也是一个可调用对象

什么是调用签名？

std::function<int(int,int)> func ;

上面定义了一个调用签名为 int (int,int)的function对象，表示这个function只能用来包装返回值为int,参数为(int,int)的可调用对象

绑定普通函数-无参数

void printHello() { std::cout << "Hello, World!" << std::endl; } std::function<void()> func = printHello; func();

绑定lambda表达式

auto lambda = [](){ std::cout << "Hello World" << std::endl; }; std::function<void()> func = lambda； func();

绑定仿函数

class PrintFunctor { public: void operator()() const { std::cout << "Hello from functor!" << std::endl; } }; PrintFunctor functor; std::function<void()> func = functor; func(); ----------------------------------------------------- int add(int a,int b) { return a + b; } class PrintFunctor { public: int operator()(int x) const { return add(x,2); } }; PrintFunctor functor; std::function<int(int)> func = functor; func(1);

绑定另一个function

void printHello() { std::cout << "Hello, World!" << std::endl; } std::function<void()> func1 = printHello; std::function<void()> func2 = func1;

绑定普通函数-带参数

int add(int a,int b) { return a + b; } std::function<int(int,int)> func = add; int res = func(1,2);

以上是一些实用std::function的最简单的例子，但是function还远不止于此，如果我们想让绑定更加灵活呢？例如，我们想绑定上面的add函数，但是其中一个参数是已经确定的，如何绑定呢？ 这时候就需要用到std::bind

std::bind是用来生成std::function的一个函数，能让std::function的包装更加灵活, 他可以将所有的可调用对象包装成std::function

std::bind绑定普通函数

int add(int a,int b) { return a < b ; } --------------------------------------------------------固定参数绑定 std::function<int()> func = std::bind(add,1,2); func(); //调用 --------------------------------------------------------不定参数绑定 std::function<int(int)> func = std::bind(add,1,std::placeholders::_1); func(2); //调用 std::function<int(int,int)> func = std::bind(add,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2); func(1,2);//调用

其中

std::placeholders::_1

表示参数，_1后缀表示第一个不定参数，如果想绑定多个不定参数，只需要让后缀继续加就行

std::bind绑定类成员函数

class MyClass { public: int add(int x, int y) { return x + y; } }; MyClass myclass; std::function<int(int,int)> func = std::bind(&MyClass:add,&myclass,add,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2); func(1,2); //调用

绑定lambda表达式

std::function<int(int,int)> func = std::bind([](int x,int y){ return x + y; },std::placeholders::_1，std::placeholders::_2); func(1,2); //调用

绑定std::function(套娃）

int add(int a,int b) { return a + b ; } std::function<int(int,int)> func = std::bind(add,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2); std::function<int(int)> func1 = std::bind(func1,1,std::placeholders::_1); func1(2);

绑定仿函数

class ADDFunctor { // public: int operator()(int x) const { return add(x,2); } }; ADDFunctor functor; std::function<int(int)> func = std::bind(functor,std::placeholders::_1); func(1);

上面介绍了这么多，其实都一样，只要是可调用对象，绑定的方式都相同，只有类成员函数的绑定方式要特殊一些，需要指定对象。

同样，std::function也可以带入到std::sort中作为比较子：

std::function<iint(int,int)> func = std::bind([](int x,int y){ return x < y; },std::placeholders::_1，std::placeholders::_2); std::vector<int> vec = {5,2,3,7,1,4}; std::sort(vec.begin(),vec.end(),func); --------------------------------------------- std::sort(vec.begin(),vec.end(),std::bind([](int x,int y){ return x < y; },std::placeholders::_1,std::placeholders::_2)); //lambda表达式比较多余，这里直接用lambda表达式就行 //仅用来展示语法

在使用std::bind绑定时，经常要用到std::placeholders::_1，这就会导致单行代码过于长，为了处理好看的问题，经常使用宏定义的方式处理。

#define PHS std::placeholders // 绑定普通函数(当然也可以用于绑定其他可调用对象） #define BIND_FUNC_0(_f) std::bind(_f) #define BIND_FUNC_1(_f) std::bind(_f, PHS::_1) #define BIND_FUNC_2(_f) std::bind(_f, PHS::_2) //绑定类成员函数 #define BIND_CLASS_FUNC_0(_c, _f, _p) std::bind(&_c::_f, _p) #define BIND_CLASS_FUNC_1(_c, _f, _p) std::bind(&_c::_f, _p, PHS::_1) #define BIND_CLASS_FUNC_2(_c, _f, _p) std::bind(&_c::_f, _p, PHS::_1,PHS::_2)

BIND_FUNC_0 表示绑定一个参数为0的可调用对象 _f表示函数名称 BIND_FUNC_1 表示绑定一个参数为1的可调用对象，以此类推

BIND_CLASS_FUNC_0 表示绑定一个参数为0的类成员函数_c表示类名，_f表示函数名，_p表示对象名称

仿函数

仿函数就是使用 operator重载了()运算符的类

class PrintFunctor { public: int operator()(int x) const { return add(x,2); } }; PrintFunctor functor; functor(1);

一个类在重载了()运算符之后，就可以像函数那样被直接调用，但是它本质上又不是函数，所以吧叫做仿函数

class Functor { public: int operator()(int x, int y) const { return x < y; } }; Functor functor; std::vector<int> vec = {5,2,3,7,1,4}; std::sort(vec.begin(),vec.end(), functor); 总结

除了上述std::sort的例子以外，还有一些用到可调用对象的函数

std::thread与可调用对象

普通函数

void Run(int x, int y, int z) { ....... } std::thread t(Run,1,2,3);

类成员函数

class Myclass{ public: void Run(int x,int y,int z){ .......... } }; MyClass myclass; std::thread t(&Myclass::Run,&myclass,1,2,3);

lambda表达式，std::function, 仿函数绑定方式也都和普通函数一样

auto lambda = [](int x,int y,int z){}; std::thread t(lambda,1,2,3); ---------------------------------------------- std::function<void(int,int,int)> func = std::bind(lambda, std::placeholders::_1，std::placeholders::_2, std::placeholders::_3); std::thread t(func,1,2,3); ---------------------------------------------- class Myclass{ public: void Run(int x,int y, int z){ ............. } }; MyClass myclass; std::thread t(myclass,1,2,3); std::async与可调用对象

绑定std::function（其余就不展示了，因为都一样）

void Run(int x) { ............. } std::function<void(int)> func = std::bind(Run,std::placeholders::_1); std::async(std::launch::async, func，10); //开启一个异步任务

绑定类成员函数

class Myclass{ public: void Run(int x,int y,int z){ .......... } }; MyClass myclass; std::async(std::launch::async,&Myclass::Run,&myclass,1,2,3); 回调函数

除了上面的例子之外，可调用对象还经常作为回调函数使用

什么是回调函数？

回调函数就是将一个可调用对象，通过函数或以其它方式传递过去并存储起来，然后在合适的时机被调用，通常是在某些事件发生之后被调用，例如在网络通信中，收到消息事件，如收到其他套接字发送来的消息，也或是在MQ，RPC通信时收到消息时被调用。

下面举一个简单的例子：

class Base { public: virtual void Notify(){}; }; class Base1 { public: virtual void SetFunc(std::function<void()> func){}; }; class Derived：pulibc Base, pulibc Base1 { public: Derive(){}; void Notify(); //通常是某个事件的触发函数，例如收到某些信息时触发，读到某些数据时被调用触发 void SetFunc(std::function<void()> func);//设置std::function private: std::function<void()> func_; } void Derived::Notify() { // .......... // 对接受/读取的数据进行处理 ....... //执行回调函数 if(func_) { func_(); } } void Derived::SetFunc(std::function<void()> func) { func_ = func; } Base1* base1 = new Derived(); void PrintReceive() { std::cout << "receive data!"<< std::endl; } std::function<void()> func = PrintReceive; base1->SetFunc(func); Base* base = base1; //base指针也可能被传递给其他对象，在其他对象内部使用，当收到消息时，base指针的Notify函数被调用 //在Notify函数中触发了我们的回调函数，实现了当收到数据时，打印收到数据的日志。