C++中各种可调用对象深入讲解

2023-08-29 00:28:04 53
概述
一组执行任务的语句都可以视为一个函数，一个可调用对象。在程序设计的过程中，我们习惯于把那些具有复用性的一组语句抽象为函数，把变化的部分抽象为函数的参数。
函数的使用能够极大的极少代码重复率，提高代码的灵活性。
C++中具有函数这种行为的方式有很多。就函数调用方式而言
func(param1,param2);
这儿使用func作为函数调用名，param1和param2为函数参数。在C++中就func的类型，可能为：
普通函数
类成员函数
类静态函数
仿函数
函数指针
lambda表达式C++11加入标准
std::functionC++11加入标准
下面就这几种函数展开介绍
简单函数形式
普通函数
这种函数定义比较简单，一般声明在一个文件开头。如下：
#include

//普通函数声明和定义
intfunc_add(inta,intb){returna+b;}

intmain()
{
inta=10;
intb=20;
intsum=func_add(a,b);
std::cout<
类成员函数


在一个类class中定义的函数一般称为类的方法，分为成员方法和静态方法，区别是成员方法的参数列表中隐含着类this指针。
#include

classCalcu
{
public:
intbase=20;
//类的成员方法，参数包含this指针
intclass_func_add(constinta,constintb)const{returnthis->base+a+b;};
//类的静态成员方法，不包含this指针
staticintclass_static_func_add(constinta,constintb){returna+b;};
};

intmain(void)
{
Calcuobj;
inta=10;
intb=20;

//类普通成员方法调用如下
obj.class_func_add(a,b);

//类静态成员方法调用如下
obj.class_static_func_add(a,b);
Calcu::class_static_func_add(a,b);

getchar();
return0;
}
仿函数


仿函数是使用类来模拟函数调用行为，我们只要重载一个类的operator()方法，即可像调用一个函数一样调用类。这种方式用得比较少。
classImitateAdd
{
public:
intoperator()(constinta,constintb)const{returna+b;};
};

intmain()
{
//首先创建一个仿函数对象，然后调用()运算符模拟函数调用
ImitateAddimitate;
imitate(5,10);

getchar();
return0;
}
函数指针


顾名思义，函数指针可以理解为指向函数的指针。可以将函数名赋值给相同类型的函数指针，通过调用函数指针实现调用函数。
函数指针是标准的C/C++的回调函数的使用解决方案，本身提供了很大的灵活性。
#include

//声明一个compute函数指针，函数参数为两个int型，返回值为int型
int(*compute)(int,int);

intmax(intx,inty){returnx>=y?x:y;}
intmin(intx,inty){returnx<=y?x:y;}
intadd(intx,inty){returnx+y;}
intmultiply(intx,inty){returnx*y;}

//一个包含函数指针作为回调的函数
intcompute_x_y(intx,inty,int(*compute)(int,int))
{
//调用回调函数
returncompute(x,y);
}

intmain(void)
{
intx=2;
inty=5;
std::cout<<"max:"<int{returnx+y;};
std::cout<<"sum:"<
Lambda函数


Lambda函数定义


Lambda函数，又可以称为Lambda表达式或者匿名函数，在C++11中加入标准。定义形式如下：

[captures](params)->return_type{statments;}



其中：

[captures]为捕获列表，用于捕获外层变量
(params)为匿名函数参数列表
->return_type指定匿名函数返回值类型
{statments;}部分为函数体，包括一系列语句

需要注意：

当匿名函数没有参数时，可以省略(params)部分
当匿名函数体的返回值只有一个类型或者返回值为void时，可以省略->return_type部分
定义匿名函数时，一般使用auto作为匿名函数类型

下面都是有效的匿名函数定义
autofunc1=[](intx,inty)->int{returnx+y;};
autofunc2=[](intx,inty){returnx>y;};//省略返回值类型
autofunc3=[]{global_ip=0;};//省略参数部分
Lambda函数捕获列表


为了能够在Lambda函数中使用外部作用域中的变量，需要在[]中指定使用哪些变量。
下面是各种捕获选项：

[]不捕获任何变量
[&]捕获外部作用域中所有变量，并作为引用在匿名函数体中使用
[=]捕获外部作用域中所有变量，并拷贝一份在匿名函数体中使用
[x,&y]x按值捕获,y按引用捕获
[&,x]x按值捕获.其它变量按引用捕获
[=,&y]y按引用捕获.其它变量按值捕获
[this]捕获当前类中的this指针，如果已经使用了&或者=就默认添加此选项

只有lambda函数没有指定任何捕获时，才可以显式转换成一个具有相同声明形式函数指针
autolambda_func_sum=[](intx,inty){returnx+y;};//定义lambda函数
void(*func_ptr)(int,int)=lambda_func_sum;//将lambda函数赋值给函数指针
func_ptr(10,20);//调用函数指针
std::function函数包装


std::function定义


std::function在C++11后加入标准，可以用它来描述C++中所有可调用实体，它是是可调用对象的包装器，声明如下：
#include

//声明一个返回值为int，参数为两个int的可调用对象类型
std::functionFunc;
使用之前需要导入库，并且通过std命名空间使用。
其他函数实体转化为std::function


std::function强大的地方在于，它能够兼容所有具有相同参数类型的函数实体。
相比较于函数指针，std::function能兼容带捕获的lambda函数，而且对类成员函数提供支持。
#include
#include

std::functionSumFunction;

//普通函数
intfunc_sum(inta,intb)
{
returna+b;
}

classCalcu
{
public:
intbase=20;
//类的成员方法，参数包含this指针
intclass_func_sum(constinta,constintb)const{returnthis->base+a+b;};
//类的静态成员方法，不包含this指针
staticintclass_static_func_sum(constinta,constintb){returna+b;};
};

//仿函数
classImitateAdd
{
public:
intoperator()(constinta,constintb)const{returna+b;};
};

//lambda函数
autolambda_func_sum=[](inta,intb)->int{returna+b;};

//函数指针
int(*func_pointer)(int,int);

intmain(void)
{
intx=2;
inty=5;

//普通函数
SumFunction=func_sum;
intsum=SumFunction(x,y);
std::cout<<"func_sum："<int{returnx+y+base;};
SumFunction=lambda_func_with_capture_sum;
sum=SumFunction(x,y);
std::cout<<"lambda_func_with_capture_sum："<
最后的输出如下：

func_sum：7

Calcu::class_func_sum：27

Calcu::class_static_func_sum：7

lambda_func_sum：7

lambda_func_with_capture_sum：17

imitatefunc：7

functionpointer：7



其中需要注意对于类成员函数，因为类成员函数包含this指针参数，所以单独使用std::function是不够的，还需要结合使用std::bind函数绑定this指针以及参数列表。
std::bind参数绑定规则


在使用std::bind绑定类成员函数的时候需要注意绑定参数顺序：
//承接上面的例子
SumFunction=std::bind(&Calcu::class_func_sum,obj,
std::placeholders::_1,std::placeholders::_2);
SumFunction(x,y);

第一个参数为类成员函数名的引用（推荐使用引用）
第二个参数为this指针上下文，即特定的对象实例
之后的参数分别制定类成员函数的第1,2,3依次的参数值
使用std::placeholders::_1表示使用调用过程的第1个参数作为成员函数参数
std::placeholders::_n表示调用时的第n个参数

看下面的例子：
//绑定成员函数第一个参数为4，第二个参数为6
SumFunction=std::bind(&Calcu::class_func_sum,obj,4,6);
SumFunction();//值为10

//绑定成员函数第一个参数为调用时的第一个参数，第二个参数为10
SumFunction=std::bind(&Calcu::class_func_sum,obj,std::placeholders::_1,10);
SumFunction(5);//值为15

//绑定成员函数第一个参数为调用时的第二个参数，第一个参数为调用时的第二个参数
SumFunction=std::bind(&Calcu::class_func_sum,obj,std::placeholders::_2,std::placeholders::_1);
SumFunction(5,10);//值为15
对于非类成员对象，一般直接赋值即可，会自动进行转换并绑定参数，当然也可以使用std::bind指定参数绑定行为；
#include
#include

//按照顺序输出x,y,x
voidprint_func(intx,inty,intz)
{
std::cout<Func;

intmain()
{
Func=std::bind(&print_func,1,2,3);
Func(4,5,6);//输出：123

Func=std::bind(&print_func,std::placeholders::_2,std::placeholders::_1,3);
Func(1,2,7);//输出：213

intn=10;
Func=std::bind(&print_func,std::placeholders::_1,std::placeholders::_1,n);
Func(5,6,7);//输出：5510

getchar();
return0;
}
需要注意：就算是绑定的时候指定了默认参数，在调用的时候也需要指定相同的参数个数（虽然不会起作用），否则编译不通过。
关于回调函数


回调就是通过把函数等作为另外一个函数的参数的形式，在调用者层指定被调用者行为的方式。
通过上面的介绍，我们知道，可以使用函数指针，以及std::function作为函数参数类型，从而实现回调函数：
#include
#include

std::functionComputeFunction;
int(*compute_pointer)(int,int);

intcompute1(intx,inty,ComputeFunctionfunc){
//dosomething
returnfunc(x,y);
}

intcompute2(intx,inty,compute_pointerfunc)
{
//dosomething
returnfunc(x,y);
}
//调用方式参考上面关于函数指针和std::function的例子
以上两种方式，对于一般函数，简单lambda函数而言是等效的。
但是如果对于带有捕获的lambda函数，类成员函数，有特殊参数绑定需要的场景，则只能使用std::function。
其实还有很多其他的实现回调函数的方式，如下面的标准面向对象的实现：
#include

//定义标准的回调接口
classComputeFunc
{
public:
virtualintcompute(intx,inty)const=0;
};

//实现回调接口
classComputeAdd:publicComputeFunc
{
public:
intcompute(intx,inty)constoverride{returnx+y;}
};

intcompute3(intx,inty,constComputeFunc&compute)
{
//调用接口方法
returncompute.compute(x,y);
}

//调用方法如下
intmain()
{
ComputeAddadd_func;//创建一个调用实例
intsum=compute3(3,4,add_func);//传入调用实例
}
面向对象的方式更加灵活，因为这个回调的对象可以有很复杂的行为。
以上三种方法各有各的好处，根据你需要实现的功能的复杂性，扩展性和应用场景等决定使用。
另外，这些函数类型的参数可能为空，在调用之前，应该检查是否可以调用，如检查函数指针是否为空。
总结
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对毛票票的支持。
C++中各种可调用对象深入讲解

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