【浅析C++11】std::function和std::bind

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std::function可调用对象包装器

c++可调用对象（callable objects）定义如下：

1. 函数指针：与c语言一致；
2. 类成员函数指针；
3. 仿函数(functor)：也成函数对象，重载operator()运算符的类/结构体对象；
4. lambda表达式。

std::function是callable objects的包装器(wrapper)，可接收除了类成员函数指针以外的任意callable objects。std::function可用来处理函数回调，与c语言函数指针类似，允许保存以上callable objects，并延迟执行它们，但它可保存除函数指针外的其他callable objects，因此它比c语言更强大。

当我们为std::function具现化一个函数签名（函数类型，包括返回值和参数列表），它就成为一个可容纳所有这类调用的函数包装器。

std::function基本用法

#include <iostream>
#include <functional> // std::function

// global function
void func(void) {
  std::cout << __function__ << std::endl;
}

class foo {
public:
  // class static function
  static int foo_func(int a) {
    std::cout << __function__ << "(" << a << "):";
    return a;
  }

  // class non-static member function
  int foo_func_nonstatic(int a) {
    std::cout << __function__ << "(" << a  << "):";
    return a;
  }
};

class bar {
public:
  // functor
  int operator()(int a) {
    std::cout << __function__ << "(" << a << "):";
    return a;
  }
};

int main() {
  // 传入合适函数签名给std::function模板参数即可绑定对应签名的
  // 普通函数或
  // 类静态成员函数或
  // 借助std::bind绑定类非静态成员函数
  std::function<void(void)> func1 = func;
  std::function<int(int)> func2   = foo::foo_func;
  foo foo;
  std::function<int(int)> func3   = std::bind(&foo::foo_func_nonstatic, &foo,
                                              std::placeholders::_1);

  // 然后，直接像函数一样调用
  func1(); // func
  std::cout << func2(1)  << std::endl; // foo_func(1):1
  std::cout << func3(11) << std::endl; // foo_func_nonstatic(11):11

  // 当函数签名一致时，func2可像一个变量一样复用
  // bar重载了operator()即成为functor，可直接包装到std::function
  bar bar;
  func2 = bar;
  std::cout << func2(2) << std::endl; // operator()(2):2

  // 也可绑定lambda表达式
  auto func_lambda = [](int a){
    std::cout << "bind lambda sample(" << a << ")" << std::endl;
  };
  func_lambda(3); // bind lambda sample(3)

  return 0;
}

既然std::function可作为左值接收函数对象，那么它可作为函数的形参；且std::function可绑定函数指针，实现函数的延迟执行，所以std::function可取代std::function作为回调函数。

std::function实现回调机制的例子如下：

#include <iostream>
#include <functional> // std::function

// 任意可调用对象，如普通全局函数
void func_callback(int a) {
  std::cout << __function__ << ":output, a=" << a << std::endl;
}

class foo {
public:
  explicit foo(std::function<void(int)> cb)
    :cb_(cb), a_(0) {
  }
  ~foo() = default;

  // setter
  void set_a(int a) {
    a_ = a;
  }

  void outputcallback() {
    cb_(a_);
  }

private:
  std::function<void(int)> cb_;
  int a_;
};

int main() {
  // 实例化foo，并参数注入回调函数
  // 处理
  // 回调输出处理结果
  foo foo(func_callback);
  foo.set_a(1);
  foo.outputcallback(); // func_callback:output, a=1

  return 0;
}

以上，介绍了std::function绑定callable objects的用法，并以一个实例演示了std::function作为函数回调的例子；其中，func_callback回调函数参数为int型，在实际应用如人脸智能分析中，人脸分析信息结构体指针可作为回调函数参数，该函数可输出人脸识别结果；foo类可为人脸分析相关类，outputcallback可能在该类某个人脸分析线程中被调用，分析得到的结果可调用outputcallback回调输出给提供func_callback的用户。

注：c++11提供的std::function可替代c语言中函数指针作为回调函数，前者是c++编程风格，后者是c编程风格。

c/c++回调机制在服务器端并发编程和游戏领域应用广泛，著名2d游戏框架cocos2dx大量使用回调机制，提供了常用的回调宏如下所示，更多回调机制可参考cocos2dx开源源码。

// cocos2dx new callbacks based on c++11
//
// __selector__：回调函数指针
// __target__：回调对象指针
// ##__va_args__：可变参数列表 
// std::placeholders::_1：不定参数1，调用时由调用函数的参数传入
// std::placeholders::_2：不定参数2，调用时由调用函数的参数传入
// std::placeholders::_3：不定参数3，调用时由调用函数的参数传入
#define cc_callback_0(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, ##__va_args__)
#define cc_callback_1(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, ##__va_args__)
#define cc_callback_2(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, ##__va_args__)
#define cc_callback_3(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, std::placeholders::_3, ##__va_args__)

std::function/std::bind与抽象工厂、工厂方法的一点思考

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