C++ 标准库——函数对象和函数适配器

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C++标准库提供了函数对象和函数适配器功能

函数对象

许多标准库算法都接受函数对象（或函数）参数，用来控制其工作方式。常见的函数对象包括------比较标准、谓词（返回bool的函数）和算术运算。标准库在<functional>中提供了一些常用的函数对象，这部分直接参考：Standard library header。

函数适配器

所谓函数适配器就是就受一个函数参数，返回一个可以用来调用该函数的函数对象。

适配器bind和mem_fn进行实参绑定，也成为柯里化（Currying）或部分求值（partial evaluation）。

在计算机科学中，柯里化（Currying）是把接受多个参数的函数变换成接受一个单一参数(最初函数的第一个参数)的函数，并且返回接受余下的参数且返回结果的新函数的技术。

bind

g=bind(f, arg)：g(arg2)等价与f(arg3)，其中arg3是通过arg2中的实参替换arg中对应的占位符得到的。

给定一方额函数和一组实参，bind()生成一个可用该函数剩余实参（如果存在）调用的函数对象。

例如：

cpp 复制代码

int func0()
{
    std::cout << "func0" << std::endl;
    return 0;
}

void func(int a, int b, int c)
{
    std::cout << a << "," << b << "," << c << std::endl;
}


        std::function<int(void)> f0 = std::bind(func0);// 也可以使用auto来避免冗余的类型声明
        std::cout << f0() << std::endl;
		
		// 利用占位符告知bind实参在结果函数对象中应该放到什么位置
        std::function<void(int, int, int)> f =
            std::bind(func, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2,
                      std::placeholders::_3);
        f(1, 2, 3);
        std::function<void(int, int)> f2 =
            std::bind(func, 6, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
        f2(1, 2);

运行结果：

bash 复制代码

func0
0
1,2,3
6,1,2

bind的重载问题

同时，如果要绑定存在重载的函数的参数，必须显式说明绑定的是哪个函数：

cpp 复制代码

int func2(int, int);
double func3(double, double);

auto f = std::bind((double(double,double))func2, std::placeholders::_1, 2);

bind的引用问题

另外，bind接受普通表达式做参数，着导致对引用参数而言，在bind看到他们的时候已经被解引用了。

cpp 复制代码

void inc_func(int &i)
{
    i++;
}
void add_func(int &a, int b)
{
    a += b;
}

        auto f_incr = std::bind(inc_func, std::placeholders::_1);
        int i = 0;
        inc_func(i);
        std::cout << i << std::endl;
        f_incr(i);
        std::cout << i << std::endl;
        auto f_add = std::bind(add_func, i, std::placeholders::_1);
        f_add(3);
        std::cout << i << std::endl;

运行结果：

bash 复制代码

1
2
2

从结果可以看出，bind的参数已经被解引用了。

为了解决这个问题，标准库提供了一对适配器：ref和cref，返回一个reference_wrapper。

上面的例子增加下面修订后：

cpp 复制代码

auto f_add_ref =
            std::bind(add_func, std::ref(i), std::placeholders::_1);
        f_add_ref(4);
        std::cout << i << std::endl;

此时正确输出

bash 复制代码

同时，ref也被用于向thread传递引用参数，因为thread的构造函数是可变参数模板。

mem_fn

g=mem_fn(f)：若p是一个指针，则g(p,args)表示p->f(args)，否则g(p,args)表示p.f(args)；args是一个（可能为空的）实参列表。

函数适配器mem_fn生成一个函数对象，可以作为非成员函数调用。

例如：

cpp 复制代码

class A
{
public:
    void print(int a)
    {
        std::cout << a << std::endl;
    }
};

        auto g = std::mem_fn(&A::print);
        A *a = new A;
        // 相当于调用了a->print(4)
        g(a, 4);

mem_fn的主要用途是服务于需要非成员函数的算法，例如：

cpp 复制代码

void draw_all(vector<Shape *>& v)
{
	for_each(v.begin(), v.end(), mem_fn(&Shape::draw));
}

因此，mem_fn可以被看作从面向对象调用风格到函数式调用风格的一种映射 。

通常，lambda是比绑定器更简单也更通用的替代方案：

cpp 复制代码

void draw_all(vector<Shape *>& v)
{
	for_each(v.begin(), v.end(), [](Shape *p){p->draw();});
}

function

如果要将bind的结果赋予一个特定类型的变量，可以使用标准库类型function。通过指明返回类型和参数类型来说明一个function：

cpp 复制代码

std::function<int(void)> f0 = std::bind(func0);

标准库function是一种类型，它可以保存你能用调用运算符()调用的任何对象。即，一个function类型对象就是一个函数对象。这对回调、将操作作为参数传递等机制非常有用。