C++11 中的std::function和std::bind

1. 可调用对象

可调用对象有一下几种定义：

• 是一个函数指针，参考 C++ 函数指针和函数类型；
• 是一个具有operator()成员函数的类的对象；
• 可被转换成函数指针的类对象；
• 一个类成员函数指针；

C++中可调用对象的虽然都有一个比较统一的操作形式，但是定义方法五花八门，这样就导致使用统一的方式保存可调用对象或者传递可调用对象时，会十分繁琐。C++11中提供了std::function和std::bind统一了可调用对象的各种操作。

不同类型可能具有相同的调用形式，如：

// 普通函数
int add(int a, int b){return a+b;} 

// lambda表达式
auto mod = [](int a, int b){ return a % b;}

// 函数对象类
struct divide{
    int operator()(int denominator, int divisor){
        return denominator/divisor;
    }
};

上述三种可调用对象虽然类型不同，但是共享了一种调用形式：

int(int ,int)

std::function就可以将上述类型保存起来，如下：

std::function<int(int ,int)>  a = add; 
std::function<int(int ,int)>  b = mod ; 
std::function<int(int ,int)>  c = divide(); 

2. std::function

• std::function 是一个可调用对象包装器，是一个类模板，可以容纳除了类成员函数指针之外的所有可调用对象，它可以用统一的方式处理函数、函数对象、函数指针，并允许保存和延迟它们的执行。
• 定义格式：std::function<函数类型>。
• std::function可以取代函数指针的作用，因为它可以延迟函数的执行，特别适合作为回调函数使用。它比普通函数指针更加的灵活和便利。

3. std::bind

可将std::bind函数看作一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。

std::bind将可调用对象与其参数一起进行绑定，绑定后的结果可以使用std::function保存。std::bind主要有以下两个作用：

• 将可调用对象和其参数绑定成一个防函数；
• 只绑定部分参数，减少可调用对象传入的参数。

3.1 std::bind绑定普通函数

double my_divide (double x, double y) {return x/y;}
auto fn_half = std::bind (my_divide,_1,2);  
std::cout << fn_half(10) << '\n';                        // 5

• bind的第一个参数是函数名，普通函数做实参时，会隐式转换成函数指针。因此std::bind (my_divide,_1,2)等价于std::bind (&my_divide,_1,2)；
• _1表示占位符，位于<functional>中，std::placeholders::_1；

3.2 std::bind绑定一个成员函数

struct Foo {
    void print_sum(int n1, int n2)
    {
        std::cout << n1+n2 << '\n';
    }
    int data = 10;
};
int main() 
{
    Foo foo;
    auto f = std::bind(&Foo::print_sum, &foo, 95, std::placeholders::_1);
    f(5); // 100
}

• bind绑定类成员函数时，第一个参数表示对象的成员函数的指针，第二个参数表示对象的地址。
• 必须显示的指定&Foo::print_sum，因为编译器不会将对象的成员函数隐式转换成函数指针，所以必须在Foo::print_sum前添加&；
• 使用对象成员函数的指针时，必须要知道该指针属于哪个对象，因此第二个参数为对象的地址 &foo；

3.3 绑定一个引用参数

默认情况下，bind的那些不是占位符的参数被拷贝到bind返回的可调用对象中。但是，与lambda类似，有时对有些绑定的参数希望以引用的方式传递，或是要绑定参数的类型无法拷贝。

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <sstream>
using namespace std::placeholders;
using namespace std;

ostream & print(ostream &os, const string& s, char c)
{
    os << s << c;
    return os;
}

int main()
{
    vector<string> words{"helo", "world", "this", "is", "C++11"};
    ostringstream os;
    char c = ' ';
    for_each(words.begin(), words.end(), 
                   [&os, c](const string & s){os << s << c;} );
    cout << os.str() << endl;

    ostringstream os1;
    // ostream不能拷贝，若希望传递给bind一个对象，
    // 而不拷贝它，就必须使用标准库提供的ref函数
    for_each(words.begin(), words.end(),
                   bind(print, ref(os1), _1, c));
    cout << os1.str() << endl;
}

4. 指向成员函数的指针

通过下面的例子，熟悉一下指向成员函数的指针的定义方法。

#include <iostream>
struct Foo {
    int value;
    void f() { std::cout << "f(" << this->value << ")\n"; }
    void g() { std::cout << "g(" << this->value << ")\n"; }
};
void apply(Foo* foo1, Foo* foo2, void (Foo::*fun)()) {
    (foo1->*fun)();  // call fun on the object foo1
    (foo2->*fun)();  // call fun on the object foo2
}
int main() {
    Foo foo1{1};
    Foo foo2{2};
    apply(&foo1, &foo2, &Foo::f);
    apply(&foo1, &foo2, &Foo::g);
}

• 成员函数指针的定义：void (Foo::*fun)()，调用是传递的实参: &Foo::f；
• fun为类成员函数指针，所以调用是要通过解引用的方式获取成员函数*fun,即(foo1->*fun)();

参考

• C++ 函数指针和函数类型
• How std::function works
• How std::bind works with member functions