C++11 std::function和std::bind 的使用示例详解

概述

C++11中的std::function和std::bind是函数对象的重要组成部分，它们可以用于将函数和参数绑定在一起，形成一个可调用的对象。
std::function可以存储任意可调用对象，包括函数指针、函数对象、lambda表达式等，而std::bind则可以将函数和参数绑定在一起，形成一个新的可调用对象。它们的使用可以大大简化代码，提高代码的可读性和可维护性。

可调用对象

C++中有如下几种可调用对象，函数、函数指针、lambda表达式、bind对象、函数对象。
其中，lambda表达式和bind对象是C++11标准中提出的(bind机制并不是新标准中首次提出，而是对旧版本中bind1st和bind2st的合并)。

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。
使用std::function可以实现回调函数、事件处理等功能。

std::function函数原型

#include <functional>
template<class R, class... Args>
class function<R(Args...)>;
//其中，R 表示返回值类型，Args... 表示参数类型列表。
//例如，function<int(float, double)> 表示一个返回值为 int，接受一个 float 和一个 double 类型参数的函数对象。

std::function的主要作用

• 对C++中各种可调用实体(普通函数、Lambda表达式、函数指针、以及其它函数对象等)的封装，形成一个新的可调用的std::function对象，简化调用；
• 对C++中现有的可调用实体的一种类型安全的包裹(如：函数指针这类可调用实体，是类型不安全的)。

• 将函数作为参数传递给其他函数；
• 将函数作为返回值返回；
• 将函数对象作为参数传递给其他函数；
• 将函数对象作为返回值返回。

//例如，定义一个返回值为int，参数为两个int的函数对象： 
std::function<int(int, int)>func; 

//可以将一个函数指针或lambda表达式赋值给函数对象： 
int add(int a, int b) { return a +b; } 
func = add; // 函数指针赋值 
func = [](int a, int b) { return a + b; };// lambda表达式赋值 

//调用函数对象可以使用operator()，例如：
int result = func(1, 2); // 调用add函数，返回3

std::function的优缺点

• 优点:

可以方便地实现回调函数、事件处理等功能，同时也可以用于实现函数对象的封装和传递。

• 缺点:

它的使用会带来一定的性能开销，因为它需要在运行时进行类型检查和动态分配内存。
此外，如果使用不当，也容易引起内存泄漏和对象生命周期管理的问题。

std::bind

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。

std::bind函数原型

template<class F, class... Args> 
/unspecified/ bind(F&& f, Args&&... args);
//其中，F是要绑定的函数对象，Args是要绑定的参数。返回值是一个新的可调用对象，可以直接调用或者存储起来后再调用。

std::bind的主要作用

• 将可调用对象和其参数绑定成一个仿函数；
• 只绑定部分参数，减少可调用对象传入的参数。
• 绑定函数对象的参数，生成一个新的可调用对象，可以方便地将函数对象作为参数传递给其它函数。
• 可以将成员函数绑定到对象上，生成一个新的可调用对象，方便地调用成员函数。
• 可以将成员函数绑定到对象指针上，生成一个新的可调用对象，方便地调用成员函数。
• 可以将成员函数绑定到对象引用上，生成一个新的可调用对象，方便地调用成员函数。
• 可以将函数对象绑定到函数指针上，生成一个新的可调用对象，方便地调用函数对象。
• 可以将函数对象绑定到函数引用上，生成一个新的可调用对象，方便地调用函数对象。
• 可以将函数对象绑定到std::function对象上，生成一个新的可调用对象，方便地调用函数对象。

例如，我们有一个函数对象：
void foo(int a, int b, int c) { std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl; }
我们可以使用std::bind将它绑定到一些参数上：
auto f = std::bind(foo, 1, 2, 3);
这里，f是一个新的可调用对象，它绑定了foo函数和参数1、2、3。我们可以像调用原始函数对象一样调用它：
f(); // 输出：1 2 3
我们也可以只绑定部分参数：
auto g = std::bind(foo, 1, std::placeholders::_1, 3);
这里，std::placeholders::_1表示占位符，它表示在调用g时，第二个参数会被传递给foo函数。我们可以这样调用g：
g(2); // 输出：1 2 3
这就是std::bind的基本用法。它可以方便地将函数对象和参数绑定在一起，生成一个新的可调用对象。

std::bind的优缺点

优点:

可以方便地实现函数对象的复用和参数的延迟绑定，从而提高代码的可读性和可维护性。

缺点:

可能会导致代码的复杂性增加，特别是当参数较多时，需要谨慎使用。

代码示例

#pragma once

#include <iostream>
#include <functional>
class A {
public:
 bool TESTA(int, char*, int) { /* implementation */ }
};

class B {
public:
 bool TESTB(std::function<bool(int, char*, int)> func) { /* implementation */ }
};

int main() {
 A objA;
 B objB;
 auto lambda = [](int a, char* b, int c) { /* implementation */ };
 objB.TESTB(lambda);
 objB.TESTB(std::bind(&A::TESTA, &objA, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, std::placeholders::_3));
 return 0;
}

总结

• 预绑定的参数是以值传递的形式，不预绑定的参数要用std::placeholders(占位符)的形式占位，从_1开始，依次递增，是以引用传递的形式；
• std::placeholders表示新的可调用对象的第几个参数，而且与原函数的该占位符所在位置的进行匹配；
• 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，这是因为对象的成员函数需要有this指针。并且编译器不会将对象的成员函数隐式转换成函数指针，需要通过&手动转换；
• std::bind的返回值是可调用实体，可以直接赋给std::function。

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