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【C++11 —— 包装器】

article 2024/11/15 21:25:53

C++11 —— 包装器

  • 包装器
    • function包装器
      • function包装器介绍
      • function包装器统一类型
      • function包装器的意义
    • bind包装器
      • bind包装器介绍
      • bind包装器绑定固定参数
      • bind包装器调整传参顺序
      • bind包装器的意义

包装器

function包装器

function包装器介绍

function包装器 也叫作适配器。C++ 中的 function 本质是一个类模板，也是一个包装器。这些包装器主要用于提供一致且适合的接口，以便于处理各种可调用对象，如函数、函数对象、lambda表达式等。

std::function的原型如下：

template< class R, class... Args >
class function<R(Args...)>;

其中：

  • R： 是被调用函数的返回类型。
  • Args： 是被调用函数的参数类型列表。
std::function<int(int, int)> func; // func 可以存储接受两个 int 参数并返回 int 的可调用对象

function包装器统一类型

std::function是一个类模板，它提供了一种统一的方式来存储和调用各种可调用对象，包括：

  • 普通函数
  • Lambda 表达式
  • 函数指针
  • 函数对象（重载了 operator() 的类）
  • 成员函数指针
  • 数据成员指针

通过指定模板参数，std::function可以处理具有特定返回类型和参数类型列表的可调用对象。它使用模板转换构造函数来接收被包装的函数对象。

下面这段代码，useF是一个函数模板，接受两个模板参数F和T。
F表示可调用对象的类型，T表示参数的类型
使用可调用对象f，传入参数x,同时声明静态整形变量count以记录函数被调用的次数。

template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{
	static int count = 0;
	cout << "count:" << ++count << endl;
	cout << "count:" << &count << endl;
	return f(x);
}
double f(double i)
{
	return i / 2;
}
struct Functor
{
	double operator()(double d)
	{
		return d / 3;
	}
};
int main()
{
	// 函数名
	cout << useF(f, 11.11) << endl;
	// 函数对象
	cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;
	// lamber表达式
	cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
可以看到这里的count都是1，并且这里的地址也都不相同，说明这里的useF函数模板被实例化了三份。

但其实这里没必要实例化三份出来，虽然传入的可调用对象的类型不相同，但是外层显示看到的参数和返回值都是相同的，此时就可以使用包装器来进行上层封装，来优化效率，只实例化一个模板。

int main()
{
	// 函数名
	cout << useF(f, 11.11) << endl;
	// 函数对象
	cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;
	// lamber表达式
	cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;

	cout << endl << endl;
	function<double(double)> func1 = f;
	cout << useF(func1, 11.11) << endl;

	function<double(double)> func2 = Functor();
	cout << useF(func2, 11.11) << endl;

	function<double(double)> func3 = [](double d)->double {return d / 4; };
	cout << useF(func3, 11.11) << endl;

	return 0;
}

进行包装后可见，打印出来的count的每次地址都是相同的，并且count被累加到3，说明function做到了类型的统一，并且让其调用了3次。
在这里插入图片描述

使用 std::function的一些注意事项：

  1. 转换后的 std::function 对象的参数类型必须能转换为可调用对象的参数类型。
  2. 可调用对象的返回类型必须能转换为 std::function 对象的返回类型。
  3. 如果尝试调用一个存储了空可调用对象的 std::function，会抛出 std::bad_function_call 异常。

function包装器的意义

C++中存在多种可调用对象，包括普通函数、仿函数和lambda表达式。使用包装器（如std::function）可以将这些不同的可调用对象统一为一种类型，从而简化调用和管理。
比如下面的代码，在调用的时候就会显得比较凌乱，不统一，不符合C++11的编程习惯：


//包装器
#include <functional>

int f(int a, int b)
{
	return a + b;
}

struct F
{
	int operator()(int a,int b)
	{
		return a + b;
	}
};


int main()
{
	cout << f(1, 2) << endl;
	cout << "------------------" << endl;

	F f1;
	cout << f1(2, 3) << endl;
	cout << "------------------" << endl;

	cout << F()(3, 4) << endl;
	cout << "------------------" << endl;

	cout << [](int a, int b) {return a + b; }(4, 5) << endl;
	cout << "------------------" << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

所以使用包装器，可以做到接口的统一化，同时function也同时提供了类型安全的接口。通过定义返回类型和参数类型，编译器能够在编译的时候检查类型一致性，避免运行时错误。
包装器也减少了模板参数化的数量，从而提高了编译效率，通过将相同特征标的可用调用对象统一为一个类型，避免了多次实例化的问题！

	// 使用 std::function 包装普通函数 f
	function<int(int, int)> func1 = f; // func1 是一个可调用对象，类型为 int(int, int)
	cout << func1(1, 2) << endl; // 调用 func1，输出 3（1 + 2）
	cout << "------------------" << endl;

	// 使用 std::function 包装临时的 F 对象
	function<int(int, int)> func2 = F(); // 创建 F 的临时对象并包装
	cout << func2(2, 3) << endl; // 调用 func2，输出 5（2 + 3）
	cout << "------------------" << endl;

	// 创建 F 的实例 f1，并使用 std::function 包装它
	F f1; // 实例化 F
	function<int(int, int)> func3 = f1; // 将 f1 包装到 func3 中
	cout << func3(3, 4) << endl; // 调用 func3，输出 7（3 + 4）
	cout << "------------------" << endl;

	// 使用 std::function 包装 lambda 表达式
	function<int(int, int)> func4 = [](int a, int b) { return a + b; }; // lambda 表达式
	cout << func4(4, 5) << endl; // 调用 func4，输出 9（4 + 5）
	cout << "------------------" << endl;

在这里插入图片描述

bind包装器

bind包装器介绍

bind也是一种函数包装器，也叫做适配器。它可以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，C++中的bind本质是一个函数模板。

bind函数模板的原型如下：

template<typename F, typename... Args>
auto bind(F&& f, Args&&... args);

模板参数说明：

  • F 是可调用对象的类型。
  • Args 是绑定的参数类型，可以是值或占位符。

bind包装器绑定固定参数

可以使用 std::bind 将某些参数固定，从而生成一个新的可调用对象。例如：

#include <iostream>
#include <functional>

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

int main() {
    // 绑定固定参数
    auto boundFunc = std::bind(printSum, 1, 2, std::placeholders::_1);
    
    // 调用时只需要提供最后一个参数
    boundFunc(3); // 输出: Sum: 6
    return 0;
}

在这里插入图片描述
在这个示例中，printSum 函数的前两个参数被固定为 1 和 2，而第三个参数使用占位符 _1，在调用boundFunc时提供。

bind包装器调整传参顺序

std::bind 还可以通过占位符调整参数的顺序。例如：

#include <iostream>
#include <functional>

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

int main() {
    // 调整参数顺序
    auto boundFunc = std::bind(printValues, std::placeholders::_2, 42, std::placeholders::_1);
    
    // 调用时提供两个参数
    boundFunc(10, 20); // 输出: Values: 20, 42, 10
    return 0;
}

在这里插入图片描述
在上面的代码中，printValues 函数的参数顺序被调整，第二个参数固定为 42，而 _1 和 _2 分别对应调用时提供的第一个和第二个参数。

bind包装器的意义

std::bind 是 C++11 中的一个函数适配器，它允许将可调用对象与部分参数绑定，从而生成新的可调用对象，简化函数调用并提高代码可读性。通过绑定固定参数和调整参数顺序，std::bind 提供了灵活性，使得在回调函数和事件处理等场景中，开发者能够更方便地管理和使用各种可调用对象。


http://www.kler.cn/a/302784.html

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