C++11系列学习之可调用对象包装器和绑定器

在C++11标准中，引入了可调用对象包装器和绑定器（Function Objects and Binders），它们为函数式编程提供了更加简洁的语法和灵活的操作方式。

可调用对象包装器

可调用对象包装器是一种能够将可调用对象（函数指针、函数对象、成员函数指针等）包装成一个可以通过类对象来调用的对象。C++11中提供了std::function来实现可调用对象包装器的功能。

std::function的定义

std::function定义在<functional>头文件中，其模板定义如下：

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

其中，R表示可调用对象的返回类型，Args...表示可调用对象的参数类型。

std::function的用法

std::function的用法与可以调用对象一致，通过调用std::function对象的operator()成员函数来执行包装的可调用对象。下面是一个简单的例子：

#include <functional>
#include <iostream>

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

int main() {
    std::function<int(int, int)> func = add;
    std::cout << func(1, 2) << std::endl; // 输出3
    return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个add函数，并通过std::function<int(int, int)>来定义一个可调用对象包装器func。然后，我们将add函数赋值给func，并调用func(1, 2)来执行被包装的函数add。

绑定器

绑定器是一种能够将可调用对象的某些参数固定下来，使其成为一个新的可调用对象的方法。C++11中提供了std::bind来实现绑定器的功能。

std::bind的定义

std::bind定义在<functional>头文件中，其模板定义如下：

template<class F, class... Args>
auto bind(F&& f, Args&&... args) -> std::function<decltype(f(args...))>;

其中，F表示可调用对象的类型，Args...表示需要绑定的参数类型。

std::bind的用法

std::bind的用法与可调用对象一致，通过调用返回的函数对象的operator()成员函数来执行被绑定的可调用对象。下面是一个简单的例子：

#include <functional>
#include <iostream>

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

int main() {
    auto func = std::bind(add, 1, 2);
    std::cout << func() << std::endl; // 输出3
    return 0;
}

在上面的代码中，我们通过std::bind(add, 1, 2)来创建一个绑定器，将add函数的第一个参数绑定为1，第二个参数绑定为2。然后，我们将返回的函数对象赋值给func，并调用func()来执行被绑定的函数add。

下面是另一个例子，这个例子中我们演示可以通过绑定器来固定函数的部分参数，从而使得函数可以适应多种场景的需求：

#include <functional>
#include <iostream>

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

int main() {
    auto func1 = std::bind(add, 1, 2, 3);
    std::cout << func1() << std::endl; // 输出6

    auto func2 = std::bind(add, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, 3);
    std::cout << func2(1, 2) << std::endl; // 输出6

    auto func3 = std::bind(add, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1, 3);
    std::cout << func3(2, 1) << std::endl; // 输出6

    return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个add函数，它接受三个整数参数并返回它们的和。然后，我们通过std::bind创建了三个不同的绑定器：

• func1固定了所有的参数，返回的函数对象行为与普通的函数调用相同。
• func2将第三个参数绑定为3，使得它可以处理只有前两个参数的调用。
• func3将前两个参数反转绑定，使得它可以处理参数顺序不同的调用。

结论

通过可调用对象包装器和绑定器，我们可以将原本需要通过模板、函数重载等手段实现的复杂语法，用更加直观和简洁的方式表达出来。这给我们带来了很多方便和灵活性，使得函数式编程的习惯可以更加容易地融入C++的编程风格中。