【C++11】包装器和bind

news2024/9/28 15:27:35

文章目录

  • 一. 为什么要有包装器？
  • 二. 什么是包装器？
  • 三. 包装器的使用
  • 四. bind 函数模板
    • 1. 为什么要有 bind ？
    • 2. 什么是 bind ?
    • 3. bind 的使用场景

一. 为什么要有包装器？

function 包装器，也叫作适配器。C++ 中的 function 本质上是一个类模板，也是一个包装器。接下来我们来看看，C++ 为什么引入 function 呢？

在 C++ 中，可调用对象有以下三种：函数名/函数指针、仿函数对象、lambda 表达式

// 加法普通函数
int NormalPlus(int num1, int num2)
{
	return num1 + num2;
}

// 加法仿函数
class FunctorPlus
{
public:
	int operator()(int num1, int num2)
	{
		return num1 + num2;
	}
};

int main()
{
	// 加法 lambda 表达式
	auto LambdaPlus = [](int num1, int num2) {return num1 + num2; };

	// 1、调用普通函数
	NormalPlus(10, 20);
	// 2、调用仿函数对象
	FunctorPlus obj;
	obj(10, 20);
	// 3、调用 lambda 表达式
	LambdaPlus(10, 20);
}

可以看到，它们的调用方式可以不能说相似，只能说是一模一样，且它们函数体中执行的内容都是完全相同的；但是它们彼此之间的类型不同，不能进行相互赋值等操作。
在这里插入图片描述

上面是三种不同的可调用对象，那么它们的类型不同还可以理解；但是在 lambda 表达式中，就算功能相似的 lambda 表达式，它们直接的类型也互不相同：
在这里插入图片描述

这就导致在很多应用场景中，lambda 表达式使用起来是非常不便的。比如之前我们大量进行回调函数时，会采用函数指针的方式，构建一个函数指针数组，调用时按其对应的下标调用即可。但是 lambda 表达式则不然，每一个 lambda 表达式的类型不相同，我们没办法去开辟一个定类型的数组，也就意味着传统的函数指针的方式是不可行的。

包装器的诞生就是为了解决这个问题，通过包装器，可以让功能相似的可调用对象（函数名/函数指针、仿函数对象和 lambda 表达式）的类型统一，使其可以相互联系，相互转化。

二. 什么是包装器？

包装器是个类模板，它的定义在头文件 functional 中
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

下面看看具体的示例：
在这里插入图片描述

也就是说，在 function 的模板列表中，第一个参数是返回值的类型，随后在括号里依次传入形参的类型；而后在赋值的时候，只需要让其等于已经定义过的可调用对象，这样就算包装完成了，最后我们可以使用这个包装好的对象来代替之前的可调用对象，去执行它们的功能。

三. 包装器的使用

还是刚刚的例子，我们分别包函数名/函数指针，仿函数对象，lambda 表达式，看看包装完之后它们各自的类型是什么

// 加法普通函数
int NormalPlus(int num1, int num2)
{
	return num1 + num2;
}

// 加法仿函数
class FunctorPlus
{
public:
	int operator()(int num1, int num2)
	{
		return num1 + num2;
	}
};

int main()
{
	// 加法 lambda 表达式
	auto LambdaPlus = [](int num1, int num2)->int{return num1 + num2; };

	// 使用包装器包装函数名
	function<int(int, int)> function1 = NormalPlus;

	// 使用包装器包装函数地址
	function<int(int, int)> function2 = &NormalPlus;

	// 使用包装器包装仿函数对象（这里的 FunctorPlus() 是一个匿名的仿函数对象）
	function<int(int, int)> function3 = FunctorPlus(); 

	// 使用包装器包装 lambda 表达式
	function<int(int, int)> function4 = LambdaPlus;

	// 其类型都为 class std::function<int __cdecl(int,int)>
	cout << typeid(function1).name() << endl;
	cout << typeid(function2).name() << endl;
	cout << typeid(function3).name() << endl;
	cout << typeid(function4).name() << endl;

	// 它们之间也可以任意赋值
	function1 = function3;
	function3 = function4;

	return 0;
}

------运行结果-------
class std::function<int __cdecl(int,int)>
class std::function<int __cdecl(int,int)>
class std::function<int __cdecl(int,int)>
class std::function<int __cdecl(int,int)>

可以发现，这几个可调用对象无论最开始它们是什么类型，最后都被包装器给包装成了 function<int(int, int)> 的类型。既然类型相同了，它们之间也就可以进行：互相赋值、共同存储在一个数组中的操作了。

通过包装器，我们可以轻轻松松实现函数回调：

int main()
{
	//实现一个计算器
	map<string, function<int(int, int)>> calculator =
	{
		{"加法",[](int a,int b) {return a + b; }},
		{"减法",[](int a,int b) {return a - b; }},
		{"乘法",[](int a,int b) {return a * b; }},
		{"除法",[](int a,int b) {return a / b; }}
	};

	cout << calculator["加法"](10, 20) << endl;
	cout << calculator["减法"](10, 20) << endl;
}

------运行结果-------
30
-10

如果没有包装器，那么只能采用普通函数构建函数指针数组，这既会产生大量命名冲突的风险，又会导致程序的简洁性大大降低。这里如果使用包装器去包装的话，便把 lambda 表达式简洁易读的特点放到了最大。

四. bind 函数模板

1. 为什么要有 bind ？

前面一直说的是普通函数，别忘了还有类中的成员函数，那包装器如何包装和调用成员函数呢？

class A
{
public:
	// 普通成员函数
	int Plus(int num1, int num2)
	{
		return num1 + num2;
	}
	// 静态成员函数
	static int PlusStatic(int num1, int num2)
	{
		return num1 + num2;
	}
};

int main()
{
	// 静态成员函数（没有this指针，其实和普通函数没什么区别，函数名和函数地址相同）
	function<int(int, int)> funcStatic1 = A::PlusStatic;
	function<int(int, int)> funcStatic2 = &A::PlusStatic;

	// 非静态成员函数（有this指针，this其实就是该类的对象，位于在参数列表中第一个参数位置）
	// 包装非静态成员函数时，不能用函数名，必须使用函数地址；对非静态成员函数而言，函数名和函数地址不同）
	function<int(A, int, int)> func1 = &A::Plus;

	// 调用包装器对象
	cout << funcStatic1(10, 20) << endl;
	cout << funcStatic2(10, 20) << endl;
	cout << func1(A(), 10, 20) << endl; // 非静态成员函数需要传入一个对象，然后通过这个对象去调用

	return 0;
}

------运行结果-------
30
30
30

总结一下关于成员函数的包装：

  • 类的静态成员函数和普通函数性质一样，它们的函数名和函数地址等价；但是非静态成员函数的地址则必须使用取地址运算符“&”。
  • 包装非静态成员函数时需要增加一个参数（this 指针，this 其实就是一个实例化的类对象），因为非静态成员函数需要用对象去调用，且非静态成员函数的第一个参数是隐藏 this 指针，因此在包装时需要指明第一个形参的类型为类的名称。
  • 静态成员函数因为没有 this 指针，所以它本质上其实和普通函数一样。
  • 调用包装好的非静态成员函数时，注意在参数列表中第一个参数位置传入该类的一个实例化对象，通常都是传的都是匿名对象。

为了让包装好的非静态成员函数使用起来更简单（不想每次使用时都要传入一个实例化对象）， C++11 增加了新特性：bind 模板

2. 什么是 bind ?

std::bind 函数定义在头文件 functional 中，是一个函数模板，它也有点像上面的包装器（适配器），接受一个可调用对象（函数/函数名、仿函数对象、lambda 表达式），然后生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。一般而言，我们用它可以把一个原本接收 N 个参数的可调用对象 Func，通过绑定一些参数，返回一个接收 M 个（通常 M <= N）参数的新函数。另外，使用 std::bind 模板还可以修改参数的传参顺序。

具体说的话，bind 可以去给可调用对象（通常是静态成员函数）参数列表中的参数指定缺省值，或者更改形参的接收顺序，然后生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。

下面是 bind 的定义：
在这里插入图片描述

具体示例：
在这里插入图片描述

在 bind 的第一个参数中，我们输入被绑定的可调用对象的名称，后面再依次输入传参进来的参数的顺序。

3. bind 的使用场景

在绑定时，参数列表中参数的个数和顺序我们可以进行一些小调整：

作用一：给参数设定缺省值
在这里插入图片描述

作用二：调整传参顺序

int normal_plus(int num1, int num2)
{
	return num1 + num2;
}

int main()
{
	// 交换参数的顺序
	function<int(int, int)> fplus = bind
	(	
		normal_plus,
		placeholders::_2,//第一个参数传入 num2
		placeholders::_1 //第二个参数传入 num1
	);

	// 传入参数顺序为绑定的顺序
	fplus(10, 3); //3+10;
}

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