[C++语法基础与基本概念] std::function与可调用对象

可调用对象是指那些像函数一样可以直接被调用的对象，他们广泛用于C++的算法，回调，事件处理等机制。

函数指针

函数指针是最简单的一种可调用对象

我们大家应该都用过函数名来作为函数的地址，但是函数名称其实与函数的地址是有一些细微的差别的

void printHello() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}

以上面的函数为例，函数的名称是printHello, 但是它的类型其实是void() , 而不是void(*)（），但是它可以被隐式的转化成void( * ），

void (*ptr)() = printHello;

在上面这行代码中，printHello会被隐式转化为void( * )(), 这就跟char [] 能被隐式的转化为char *很类似

如下代码也能完成上述转化，但是是显示的取函数地址

void (*ptr)() = &printHello

显示利用&运算符取地址

言归正传，在得到函数指针之后，我们就可以直接通过函数指针调用函数，并且可以将其作为一些函数的参数

例如：

bool cmp( int a, int b)
{
    return a < b;
}

std::vector<int> vec = {2,1,4,3,7,6};
std::sort(vec.begin(),vec.end(),cmp);

上述例子就会将容器vec中的元素从小到大进行一个排序了。

lambda表达式

lambda是C++11引入的一种匿名函数对象，提供了一种简单的方式用来定义内联函数，它的标准格式如下：

[capture-list] (parameters) -> return-type { body }

[capture-list] 捕获列表，捕获的变量可以在lambda表达式的函数体内使用
(parameters) 参数列表，与函数的参数列表一致
-> return-type 返回值，如果不写，lambda表达式会自动推导返回值
{body} 函数体

既然返回值可以省略，lambda表达式最常见的格式就是

[](){

}

其中

[&x] 表示用引用的方式捕获变量x

[x] 表示用值捕获的方式捕获变量x

[=] 按值捕获的方式捕获作用域内所有变量

[&] 按引用捕获的方式捕获作用域内所有变量

[a, &b] 按值捕获a, 按引用捕获b

lambda表达式最简单的使用方式:

auto lambda = [](){
     std::cout << "Hello World" << std::endl;  
};
lambda();

int x = 5;
auto lambda = [x](int a){
     return x + a;
};
lambda(6);

如上图两个例子所示，lambda表达式可以就像普通函数那样被调用

lambda表达式的类型

auto lambda = [](){
     std::cout << "Hello World" << std::endl;  
};

你知道此时auto是什么类型吗？

编译器会为每一个lambda表达式，生成如下面所示的一个类：

class __lambda_1 {
public:
    void operator()() const {
        std::cout << "Hello, Lambda!" << std::endl;
    }
};

这个类是使用了operator重载了()运算符的一个类，听起来跟隐函数非常像，此时auto的类型就是 __lambda_1

同样，lambda表达式也可以带入到各种以可调用对象为参数的函数之中

auto lambda [](int x,int y){
   return x < y;
};

std::vector<int> vec = {2,3,1,7,6,5};
std::sort(vec.begin(),vec.end(), lambda);

std::function与std::bind

std::funtion也是一个可调用对象，它本质上叫做泛型函数包装器，可以用来包装任何的可调用对象，只要这个可调用对象的调用签名与自己匹配即可。 也可以用来包装另一个std::funtion，因为function也是一个可调用对象

什么是调用签名？

std::function<int(int,int)> func ;

上面定义了一个调用签名为 int (int,int)的function对象，表示这个function只能用来包装返回值为int,参数为(int,int)的可调用对象

绑定普通函数-无参数

void printHello() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}

std::function<void()> func = printHello;
func();

绑定lambda表达式

auto lambda = [](){
     std::cout << "Hello World" << std::endl;  
};
std::function<void()> func = lambda；
func();

绑定仿函数

class PrintFunctor {
public:
    void operator()() const {
        std::cout << "Hello from functor!" << std::endl;
    }
};

PrintFunctor functor;
std::function<void()> func = functor;
func();
-----------------------------------------------------
int add(int a,int b)
{
   return a + b;
}

class PrintFunctor {
public:
    int operator()(int x) const {
         return add(x,2);
    }
};
PrintFunctor functor;
std::function<int(int)> func = functor;
func(1);

绑定另一个function

void printHello() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}
std::function<void()> func1 = printHello;
std::function<void()> func2 = func1;

绑定普通函数-带参数

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

std::function<int(int,int)> func = add;
int res = func(1,2);

以上是一些实用std::function的最简单的例子，但是function还远不止于此，如果我们想让绑定更加灵活呢？例如，我们想绑定上面的add函数，但是其中一个参数是已经确定的，如何绑定呢？ 这时候就需要用到std::bind

std::bind是用来生成std::function的一个函数，能让std::function的包装更加灵活, 他可以将所有的可调用对象包装成std::function

std::bind绑定普通函数

int add(int a,int b)
{
   return a < b ;
}
--------------------------------------------------------固定参数绑定
std::function<int()> func =  std::bind(add,1,2);
func(); //调用
--------------------------------------------------------不定参数绑定
std::function<int(int)> func = std::bind(add,1,std::placeholders::_1);
func(2); //调用

std::function<int(int,int)> func = std::bind(add,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2);
func(1,2);//调用

其中

std::placeholders::_1

表示参数，_1后缀表示第一个不定参数，如果想绑定多个不定参数，只需要让后缀继续加就行

std::bind绑定类成员函数

class MyClass {
public:
    int add(int x, int y) {
        return  x  + y;
    }
};

MyClass myclass;
std::function<int(int,int)> func = std::bind(&MyClass:add,&myclass,add,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2);
func(1,2); //调用

绑定lambda表达式

std::function<int(int,int)> func =  std::bind([](int x,int y){
       return x + y;
 },std::placeholders::_1，std::placeholders::_2);
 func(1,2); //调用

绑定std::function(套娃）

int add(int a,int b)
{
   return a + b ;
}
std::function<int(int,int)> func = std::bind(add,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2);
std::function<int(int)> func1 =  std::bind(func1,1,std::placeholders::_1);
func1(2);

绑定仿函数

class ADDFunctor { //
public:
    int operator()(int x) const {
         return add(x,2);
    }
};
ADDFunctor functor;
std::function<int(int)> func = std::bind(functor,std::placeholders::_1);
func(1);

上面介绍了这么多，其实都一样，只要是可调用对象，绑定的方式都相同，只有类成员函数的绑定方式要特殊一些，需要指定对象。

同样，std::function也可以带入到std::sort中作为比较子：

std::function<iint(int,int)> func =  std::bind([](int x,int y){
       return x < y;
 },std::placeholders::_1，std::placeholders::_2);
 
 std::vector<int> vec = {5,2,3,7,1,4};
 std::sort(vec.begin(),vec.end(),func);
 ---------------------------------------------
 std::sort(vec.begin(),vec.end(),std::bind([](int x,int y){
     return x < y;
},std::placeholders::_1,std::placeholders::_2)); 

//lambda表达式比较多余，这里直接用lambda表达式就行
//仅用来展示语法

在使用std::bind绑定时，经常要用到std::placeholders::_1，这就会导致单行代码过于长，为了处理好看的问题，经常使用宏定义的方式处理。

#define PHS std::placeholders

// 绑定普通函数(当然也可以用于绑定其他可调用对象）
#define BIND_FUNC_0(_f) std::bind(_f)
#define BIND_FUNC_1(_f) std::bind(_f, PHS::_1)
#define BIND_FUNC_2(_f) std::bind(_f, PHS::_2)

//绑定类成员函数
#define BIND_CLASS_FUNC_0(_c, _f, _p) std::bind(&_c::_f, _p)
#define BIND_CLASS_FUNC_1(_c, _f, _p) std::bind(&_c::_f, _p, PHS::_1)
#define BIND_CLASS_FUNC_2(_c, _f, _p) std::bind(&_c::_f, _p, PHS::_1,PHS::_2)

BIND_FUNC_0 表示绑定一个参数为0的可调用对象 _f表示函数名称
BIND_FUNC_1 表示绑定一个参数为1的可调用对象，以此类推

BIND_CLASS_FUNC_0 表示绑定一个参数为0的类成员函数_c表示类名，_f表示函数名，_p表示对象名称

仿函数

仿函数就是使用 operator重载了()运算符的类

class PrintFunctor {
public:
    int operator()(int x) const {
         return add(x,2);
    }
};
PrintFunctor functor;
functor(1);

一个类在重载了()运算符之后，就可以像函数那样被直接调用，但是它本质上又不是函数，所以吧叫做仿函数

class Functor {
public:
    int operator()(int x, int y) const {
         return x < y;
    }
};
Functor functor;
std::vector<int> vec = {5,2,3,7,1,4};
std::sort(vec.begin(),vec.end(), functor);

总结

除了上述std::sort的例子以外，还有一些用到可调用对象的函数

std::thread与可调用对象

普通函数

void Run(int x, int y, int z)
{
     .......
}

std::thread t(Run,1,2,3);

类成员函数

class Myclass{
     public:
       void Run(int x,int y,int z){
           ..........
       }
};
MyClass myclass;
std::thread t(&Myclass::Run,&myclass,1,2,3);

lambda表达式，std::function, 仿函数绑定方式也都和普通函数一样

auto lambda = [](int x,int y,int z){};
std::thread t(lambda,1,2,3);
----------------------------------------------
std::function<void(int,int,int)> func = std::bind(lambda, std::placeholders::_1，std::placeholders::_2, std::placeholders::_3);
std::thread t(func,1,2,3);
----------------------------------------------
class Myclass{
     public:
       void Run(int x,int y, int z){
          .............
       }
};
MyClass myclass;
std::thread t(myclass,1,2,3);

std::async与可调用对象

绑定std::function（其余就不展示了，因为都一样）

void Run(int x)
{
   .............
}
std::function<void(int)> func =  std::bind(Run,std::placeholders::_1);
std::async(std::launch::async, func，10); //开启一个异步任务

绑定类成员函数

class Myclass{
     public:
       void Run(int x,int y,int z){
           ..........
       }
};
MyClass myclass;
std::async(std::launch::async,&Myclass::Run,&myclass,1,2,3);

回调函数

除了上面的例子之外，可调用对象还经常作为回调函数使用

什么是回调函数？

回调函数就是将一个可调用对象，通过函数或以其它方式传递过去并存储起来，然后在合适的时机被调用，通常是在某些事件发生之后被调用，例如在网络通信中，收到消息事件，如收到其他套接字发送来的消息，也或是在MQ，RPC通信时收到消息时被调用。

下面举一个简单的例子：

class Base
{
public: 
     virtual void Notify(){};
};

class Base1
{
  public:
     virtual void SetFunc(std::function<void()> func){};
};

class Derived：pulibc Base, pulibc Base1
{
    public:
        Derive(){};

        void Notify(); //通常是某个事件的触发函数，例如收到某些信息时触发，读到某些数据时被调用触发
        
        void SetFunc(std::function<void()> func);//设置std::function

     private:
        std::function<void()> func_;
        
}

void Derived::Notify()
{
     // ..........
     // 对接受/读取的数据进行处理 .......
    
     //执行回调函数
     if(func_)
     {
          func_();
     }
}

void Derived::SetFunc(std::function<void()> func)
{
     func_ =  func;
}

Base1* base1 = new Derived();

void PrintReceive()
{
     std::cout << "receive data!"<< std::endl;
}
std::function<void()> func = PrintReceive;

base1->SetFunc(func);
Base* base = base1;

//base指针也可能被传递给其他对象，在其他对象内部使用，当收到消息时，base指针的Notify函数被调用
//在Notify函数中触发了我们的回调函数，实现了当收到数据时，打印收到数据的日志。