C++ std::function函數包裝器

0.前言

類模板 std::function 是通用多態函數封裝器。 std::function 的實例能存儲、複製及調用任何可調用對象。C++語言中有多種可調用對象：函數、函數指針、lambda表達式、bind創建的對象以及重載了函數調用運算符的類（仿函數）等。

和其他對象一樣，可調用對象也有類型。如：每個lambda有它自己唯一的（未命名）類類型；函數及函數指針的類型則由其返回值類型和實參類型決定。然而，不同類型的可調用對象可能共享同一種調用形式。調用形式指明瞭返回的類型以及傳遞給調用的實參類型。一種調用形式對應一個函數（function）類型，如：

int(int,int)

是一個函數類型，它接受兩個int，返回一個int。

1.使用 std::function 包裝可調用對象

通過std::function，我們可以把可調用對象包裝爲更通用的形式。參照《C++ Primer》上計算器的例子：

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <functional>

//函數
int add(int a, int b) { return a + b; }
//lambda
auto mod = [](int a, int b) { return a % b; };
//仿函數
struct divide
{
	int operator()(int a, int b) { return a / b; }
};


int main()
{
	using namespace std;
	map<string, function<int(int, int)>> binops{
		{"+",add}, //函數指針
		{"-",std::minus<int>()}, //標準庫函數對象
		{"/",divide()}, //用戶定義的函數對象
		{"*",[](int a,int b) { return a * b; }}, //未命名的lambda
		{"%",mod} //命名的lambda
	};

	cout << "3+2=" << binops["+"](3, 2) << endl;
	cout << "3-2=" << binops["-"](3, 2) << endl;
	cout << "3/2=" << binops["/"](3, 2) << endl;
	cout << "3*2=" << binops["*"](3, 2) << endl;
	cout << "3%2=" << binops["%"](3, 2) << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

對於重載函數，我們不能直接將重載函數的名字存入function類型的對象中，可用函數指針或lambda來解決。

//重載的函數
int add(int a, int b) { return a + b; }
std::string add(std::string a, std::string b) { return a + b; }

//add_p接收int版本的函數
int (*add_p)(int, int) = add;
binops.insert({ "+",add_p });
//或者使用lambda
binops.insert({ "+",[](int a,int b) { return add(a,b); } });

2.其他示例

參照在線手冊的例子：

#include <functional>
#include <iostream>
 
struct Foo {
    Foo(int num) : num_(num) {}
    void print_add(int i) const { std::cout << num_+i << '\n'; }
    int num_;
};
 
void print_num(int i)
{
    std::cout << i << '\n';
}
 
struct PrintNum {
    void operator()(int i) const
    {
        std::cout << i << '\n';
    }
};
 
int main()
{
    // 存儲自由函數
    std::function<void(int)> f_display = print_num;
    f_display(-9);
 
    // 存儲 lambda
    std::function<void()> f_display_42 = []() { print_num(42); };
    f_display_42();
 
    // 存儲到 std::bind 調用的結果
    std::function<void()> f_display_31337 = std::bind(print_num, 31337);
    f_display_31337();
 
    // 存儲到成員函數的調用
    std::function<void(const Foo&, int)> f_add_display = &Foo::print_add;
    const Foo foo(314159);
    f_add_display(foo, 1);
    f_add_display(314159, 1);
 
    // 存儲到數據成員訪問器的調用
    std::function<int(Foo const&)> f_num = &Foo::num_;
    std::cout << "num_: " << f_num(foo) << '\n';
 
    // 存儲到成員函數及對象的調用
    using std::placeholders::_1;
    std::function<void(int)> f_add_display2 = std::bind( &Foo::print_add, foo, _1 );
    f_add_display2(2);
 
    // 存儲到成員函數和對象指針的調用
    std::function<void(int)> f_add_display3 = std::bind( &Foo::print_add, &foo, _1 );
    f_add_display3(3);
 
    // 存儲到函數對象的調用
    std::function<void(int)> f_display_obj = PrintNum();
    f_display_obj(18);
}

3.參考

參考書籍：《C++ Primer》中文第五版

在線文檔：https://zh.cppreference.com/w/cpp/utility/functional/function