C++ 之std::function() 作为函数参数入口详解

怼烎@ 2022-04-12 11:47 473阅读 0赞

# 1. 关于std::function() #

在C语言的时代，我们可以使用函数指针来吧一个函数作为参数传递，这样我们就可以实现回调函数的机制。到了C++11以后在标准库里引入了std::function模板类，这个模板概括了函数指针的概念  
函数指针只能指向一个函数，而std::function对象可以代表任何可以调用的对象，比如说任何可以被当作函数一样调用的对象。  
当你创建一个函数指针的时候，你必须定义这个函数签名（表征这个函数的入参，返回值等信息）；同样的，当你创建一个std::function对象的时候，你也必须指定它所代表的可调用对象的函数签名。这一点可以通过std::function的模板参数来实现。  
举个例子来说，如果要定义一个std::function对象func，这个对象可以表示任何有如下函数签名的可调用对象的，

bool(const std::unique_ptr<Widget>)&,     // C++11里面用来比较两个
            const std::unique_ptr<Widget>&)   //std::unique_ptr<Widget>对象的函数签名

你可以这么写，

std::function<bool(const std::unique_ptr<Widget>&, 
                         const  std::unique_ptr<Widget>&)> func;

这是因为lambda表达式产生了可调用的对象，这个对象这里称做一个闭包（closure），可以保存在std::function对象里面。  
closure（闭包）的定义是，一个函数和它所引用的非本地变量（非lambda表达式内部定义的变量）的一个集合。

# 2. 使用std::function作为函数入参 #

## 2.1 基于传值的方式传递参数 ##

参看下面一段代码，实现了一个注册回调函数的机制，

#include <functional>
    void registerCallBack(std::function<void()>);

入参std::function<void()>是一个模板类对象，它可以用一个函数签名为void()的可调用对象来进行初始化；上述实现里面是一个传值调用。我们来看一下它的调用过程，

// 方法（A）
    registerCallBack([=]{
        ....  // 回调函数的实现部分
    })

这里使用了lambda表达式作为函数的入参，正如前面所说的lambda表达式会生成一个匿名的闭包（closure），基于这个闭包构造了一个std::function<void()>的对象，然后通过传值调用的方式把这个对象传递registerCallBack函数中使用。

# 2.2 基于引用的方式传递参数 #

当然我们还可以如下实现这个注册函数，入参通过const引用的方式传递，这里的引用必须是const的，这是因为调用registerCallBack函数的地方生成了一个临时的std::function()对象，是一个右值，否则编译会报错。

//方法(B)
    void registerCallBack(std::function<void()> const&)

这两者的区别就在于，在registerCallBack函数内部怎么使用这个入参，如果只是简单的调用一下std::func()类，那么两种都没有问题，可能使用引用的效率更高；如果register函数内部需要保存这个std::func()，并用于以后使用，那么方法A直接保存没有问题，方法B就必须做一次拷贝，否则方法B中，当临时的对象销毁时，有可能出现引用悬空的问题。

# 2.3 传值方式下的std::function对象保存 #

如果我们要在registerCallBack函数内部保存这个传入的function对象，我们可以使用转移操作std::move，这样的效率更高，

class CallBackHolder 
    {
    public:
      void registerCallBack(std::function<void()> func)
      {
        callback = std::move(func);
      } 
    private:
      std::function<void()> callback; 
    }

# 3. 类的成员函数作为函数入参 #

类的成员函数都会默认有个隐藏的this指针，所以不像普通的函数直接作为入参就可以了。

## 3.1 使用std::bind()和std::function来实现 ##

std::function是通用的多态函数封装器，它的实例可以存储、复制以及调用任何可以调用的目标：函数，lambda表达式/bind表达式或其他函数对象，还有指向成员函数指针和指向数据成员指针；  
std::bind接受一个函数（或者函数对象），生成一个重新组织的函数对象；  
看下面一个例子，classA提供了一个注册函数，用来注册一个回调函数

class classA
    {
    typedef std::function<void(int i)> callback_t;
    ...
        void registCb(callback_t func)
        {cbHandle = std::move(func);}
    private:
        callback_t cbHandle;
    };

另一个类classB需要注册自己的一个成员函数作为回调函数到classA中，这里就可以使用std::bind函数来实现，

class classB
    {
    public:
        classB(classA& cA) 
        {       
            cA.registCb(std::bind(&classB::handle, this, std::placeholders::_1));
        }
    };

*  bind函数中显示的传递classB的this指针作为第一个参数给回调函数；
 *  std::placeholders:\_1代表一个占位符，用于回调函数显式的入参；

Effective Modern C++中专门有一节解释过std::bind的方式比较繁琐，并且有时侯会有一些局限性，所以在引入了lambda表达式后就可以用lambda表达式来替代std::bind实现函数回调注册。

## 3.2 使用lambda表达式实现 ##

使用lambda表达式的方式可以简化这一个过程，参看如下一段代码，classB注册一个成员函数作为回调函数到classA中，classA会保存这个回调函数（std::function对象）到成员变量中，用于后面使用，

#include <iostream>
    #include <functional>
    #include <memory>
    
    class classA
    {
    typedef std::function<void(int i)> callback_t;
    
    public:
        classA() {}
        ~classA() {}
        
        void handle(int i)
        {
            std::cout << "classA::handle" << std::endl;
            
            cbHandle(i);
        }
    
        void registCb(callback_t func)
        {cbHandle = std::move(func);}
    private:
        callback_t cbHandle;
    };
    
    class classB
    {
    public:
        classB(classA& cA) 
        {       
            cA.registCb([this](int i){classB::handle(i);});
        }
        ~classB() {}
        
        void handle(int i)
        {
            std::cout << "classB, handle message" << i << std::endl;
        }
    };
    
    int main()
    {
        classA testa;
        classB testb(testa);
    
        testa.handle(10);
    }

*  lambda表达式中捕获了classB的this指针
 *  使用std::move的方式保存function对象到classA中

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