C++ 回调函数及 std::function 与 std::bind

jujimeizuo

2022-11-20

C++

回调函数是做为参数传递的一种函数，在早期C样式编程当中，回调函数必须依赖函数指针来实现。

而后的C++语言当中，又引入了 std::function 与 std::bind 来配合进行回调函数实现。

标准库中有大量函数应用到了回调函数，其中 std::sort 就是一个经典例子。

一、回调函数

回调函数的创建步骤大概为：

1，声明一个函数指针类型。

2，拟写使用回调函数的函数，将函数指针类型及变量名声明作为参数传递。

3，拟写符合函数指针类型的实现函数，将实现函数的指针作为参数传递给使用它的函数。

下面演示了一个最简单的回调函数定义及使用：

typedef int (*Calc)(int a, int b);
int CalcValue(int a, int b, const Calc &func) {
    return func(a, b);
}

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

int main()
{
    int a = 4;
    int b = 6;
    int c = CalcValue(a, b, Add);

    std::cout << "Value: " << c << std::endl;
    return EXIT_SUCCESS;
}

可以看到，我们通过语法：

1	typedef int (*Calc)(int a, int b);

来定义了回调函数的指针类型，包括返回值类型、(*类型名)函数指针、参数表。

继而又定义并且实现了回调函数的使用者函数：

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2
3

int CalcValue(int a, int b, const Calc &func) {
    return func(a, b);
}

再去定义并实现符合函数指针类型的实现函数：

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2
3

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

必须要注意的是，实现函数的类型必须要和函数指针的类型声明一致，也就是返回值和参数表（个数、类型）要完全一致。

这样就完成了一个简单且最基本的回调函数。

那么，回调函数是什么情况下使用的呢？

举个最经典的例子就是 std::sort，当你需要给一个存储有自定义结构体的 vector 进行排序时，编译器是无法知道如何对自定义结构体进行排序的。

这时候就需要实现一个回调函数来告诉编译器如何排序：

typedef struct DataPool {
    int value = 0;
    int date = 0;
    struct DataPool(int v, int d) : value(v), date(d) {};
}DataPool;

bool SortCallBack(const DataPool &a, const DataPool& b) {
    return a.value < b.value;
};

int main()
{
    vector<DataPool> vec;
    vec.push_back(DataPool(2, 1));
    vec.push_back(DataPool(5, 2));
    vec.push_back(DataPool(1, 3));

    std::sort(vec.begin(), vec.end(), SortCallBack);
    return EXIT_SUCCESS;
}

这样，就相当于自定义了 struct 的排序规则，自然编译器也可以使用 std::sort 对自定义 struct 进行排序操作。

二、std::function 与 std::bind

上面演示了最简单的回调函数创建及使用，然而，上面的代码却出现了一个局限性，就是：

如果需要去回调一个类成员函数，函数指针则无法指向类成员函数。

在基本C样式面向过程编程当中，这种局限性并不那么明显甚至可以说不存在。但是到了C++当中，这种弊端就显而易见了，解决方式便是使用 std::function 与 std::bind 互相配合。

它们的头文件是：

1	##include <functional>

std::function

std::function 是一个模板类。作用是对C++中的可调用对象进行包装，例如普通函数、成员函数、模板函数、静态函数、lambda表达式等。

它的最基本的作用是，简化调用的复杂程度，统一调用的方式。如果代码中混杂着大量普通函数、模板函数、lambda，使用 std::function 是非常有必要的。

语法是：

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【伪代码】std::function<returnType(argType, argType，...)> func;

【常规情况】std::function<int(int, int)> func;

可以看到，这个模板类当中对类型的声明方式是 < 返回值类型 ( 参数类型1, 参数类型2, …) >。

你几乎可以拿它包装任何可调用对象，只需简单粗暴的将可调用对象作为右值赋值给它：

bool CompareInt(int a, int b) {
    return a > b;
}

std::function<bool(int, int)> compareFunc = CompareInt;

那么如何使用它来调用类成员函数呢？这时就需要用到经常与 std::function 配合使用的 std::bind。

std::bind

它是一个基于模板的函数，顾明思意它的作用是绑定并返回一个 std::function 对象。

那么什么是“绑定”？它本身作为延迟计算的思想的一种实现，作为一个调用过程当中的转发者而存在，返回一个 std::function 对象。

它与 std::function 不同的是，function 是模板类，bind 是模板函数，而 bind 返回的可调用对象可以直接给 function 进行包装并保存。

为什么要进行“包装”与“转发”呢？

首先，不规范的解释是，function 的作用是包装，它可以包装类成员函数，但却无法生成类成员函数的可调用对象。而 std::bind 则是可以生成。

因此，function 与 bind 结合后，便成为了 C++ 中类成员函数作为回调函数的一种规范的实现方式。

std::bind 的语法是：

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

/* --- 普通函数 --- */
【伪代码】std::bind(&funcName, std::placeholders::_1, ...);

【常规情况】std::bind(&Add, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);

/* --- 类成员函数 --- */
【伪代码】std::bind(&className::funcName, classPtr, std::placeholders::_1, ...);

【常规情况】std::bind(&BrainToolBox::Add, brain, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);

当用作普通函数的绑定时，第一个参数是可调用对象(普通函数、lambda等)，而第二个参数开始对应可调用对象的参数表。

std::placeholders::_1 代表可调用对象的第一个参数，_2就代表第二个参数，依此类推。

当用作类成员函数的绑定时，第一个参数仍然是作为类成员的可调用对象引用，第二个参数则是对象的指针，而第三个参数开始对应可调用对象的参数表。

同样使用 std::placeholders::_* 依次向后推。

所以，与 std::function 相结合，便可以实现对类成员函数的调用：

class BrainToolBox
{
public:
    int Add(int a, int b) { return a + b; };
};

int main()
{
    int a = 4;
    int b = 6;

    std::shared_ptr<BrainToolBox> brain = std::make_shared<BrainToolBox>();
    std::function<int(int, int)> addFunc = std::bind(&BrainToolBox::Add, brain, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);

　　 int c = addFunc(a, b);
    std::cout << "c Value: " << c << std::endl;

    return EXIT_SUCCESS;
}

对 std::bind 的额外注解：

1，调用指向非静态成员函数指针或指向非静态数据成员指针时，首参数必须是引用或指针（可以包含智能指针，如 std::shared_ptr 与 std::unique_ptr），指向将访问其成员的对象。 2，到 bind 的参数被复制或移动，而且决不按引用传递，除非包装于 std::ref 或 std::cref 。 3，允许同一 bind 表达式中的多重占位符（例如多个 _1 ），但结果仅若对应参数（ u1 ）是左值或不可移动右值才良好定义。

本文作者：jujimeizuo
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一、 回调函数

二、std::function 与 std::bind

一、回调函数