C++中各種可調(diào)用對象深入講解

更新時間：2019年02月15日 08:30:44 作者：悠悠

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C++中各種可調(diào)用對象的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

概述

一組執(zhí)行任務(wù)的語句都可以視為一個函數(shù)，一個可調(diào)用對象。在程序設(shè)計的過程中，我們習(xí)慣于把那些具有復(fù)用性的一組語句抽象為函數(shù)，把變化的部分抽象為函數(shù)的參數(shù)。

函數(shù)的使用能夠極大的極少代碼重復(fù)率，提高代碼的靈活性。

C++中具有函數(shù)這種行為的方式有很多。就函數(shù)調(diào)用方式而言

func(param1, param2);

這兒使用func作為函數(shù)調(diào)用名，param1和param2為函數(shù)參數(shù)。在C++中就func的類型，可能為：

普通函數(shù)
類成員函數(shù)
類靜態(tài)函數(shù)
仿函數(shù)
函數(shù)指針
lambda表達(dá)式 C++11加入標(biāo)準(zhǔn)
std::function C++11加入標(biāo)準(zhǔn)

下面就這幾種函數(shù)展開介紹

簡單函數(shù)形式

普通函數(shù)

這種函數(shù)定義比較簡單，一般聲明在一個文件開頭。如下：

#include <iostream>

// 普通函數(shù)聲明和定義
int func_add(int a, int b) { return a + b; }

int main()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  int sum = func_add(a, b);
  std::cout << a << "+" << b << "is : " << sum << std::endl;
  getchar();
  return 0;
}

類成員函數(shù)

在一個類class中定義的函數(shù)一般稱為類的方法，分為成員方法和靜態(tài)方法，區(qū)別是成員方法的參數(shù)列表中隱含著類this指針。

#include <iostream>

class Calcu
{
public:
  int base = 20;
  // 類的成員方法，參數(shù)包含this指針
  int class_func_add(const int a, const int b) const { return this->base + a + b; };
  // 類的靜態(tài)成員方法，不包含this指針
  static int class_static_func_add(const int a, const int b) { return a + b; };
};

int main(void) 
{
  Calcu obj;
  int a = 10;
  int b = 20;

  // 類普通成員方法調(diào)用如下
  obj.class_func_add(a, b);

  // 類靜態(tài)成員方法調(diào)用如下
  obj.class_static_func_add(a, b);
  Calcu::class_static_func_add(a, b);

  getchar();
  return 0;
}

仿函數(shù)

仿函數(shù)是使用類來模擬函數(shù)調(diào)用行為，我們只要重載一個類的operator()方法，即可像調(diào)用一個函數(shù)一樣調(diào)用類。這種方式用得比較少。

class ImitateAdd
{
public:
  int operator()(const int a, const int b) const { return a + b; };
};

int main()
{
  // 首先創(chuàng)建一個仿函數(shù)對象，然后調(diào)用()運算符模擬函數(shù)調(diào)用
  ImitateAdd imitate;
  imitate(5, 10);

  getchar();
  return 0;
}

函數(shù)指針

顧名思義，函數(shù)指針可以理解為指向函數(shù)的指針。可以將函數(shù)名賦值給相同類型的函數(shù)指針，通過調(diào)用函數(shù)指針實現(xiàn)調(diào)用函數(shù)。

函數(shù)指針是標(biāo)準(zhǔn)的C/C++的回調(diào)函數(shù)的使用解決方案，本身提供了很大的靈活性。

#include <iostream>

// 聲明一個compute函數(shù)指針，函數(shù)參數(shù)為兩個int型，返回值為int型
int (*compute)(int, int);

int max(int x, int y) { return x >= y ? x : y; }
int min(int x, int y) { return x <= y ? x : y; }
int add(int x, int y) { return x + y; }
int multiply(int x, int y) { return x * y; }

// 一個包含函數(shù)指針作為回調(diào)的函數(shù)
int compute_x_y(int x, int y, int(*compute)(int, int))
{
  // 調(diào)用回調(diào)函數(shù)
  return compute(x, y);
}

int main(void) 
{
  int x = 2; 
  int y = 5;
  std::cout << "max: " << compute_x_y(x, y, max) << std::endl; // max: 5
  std::cout << "min: " << compute_x_y(x, y, min) << std::endl; // min: 2
  std::cout << "add: " << compute_x_y(x, y, add) << std::endl; // add: 7
  std::cout << "multiply: " << compute_x_y(x, y, multiply) << std::endl; // multiply: 10

  // 無捕獲的lambda可以轉(zhuǎn)換為同類型的函數(shù)指針
  auto sum = [](int x, int y)->int{ return x + y; };
  std::cout << "sum: " << compute_x_y(x, y, sum) << std::endl; // sum: 7

  getchar();
  return 0;
}

Lambda函數(shù)

Lambda函數(shù)定義

Lambda函數(shù)，又可以稱為Lambda表達(dá)式或者匿名函數(shù)，在C++11中加入標(biāo)準(zhǔn)。定義形式如下：

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

其中：

[captures]為捕獲列表，用于捕獲外層變量
(params)為匿名函數(shù)參數(shù)列表
->return_type指定匿名函數(shù)返回值類型
{ statments; }部分為函數(shù)體，包括一系列語句

需要注意：

當(dāng)匿名函數(shù)沒有參數(shù)時，可以省略(params)部分
當(dāng)匿名函數(shù)體的返回值只有一個類型或者返回值為void時，可以省略->return_type部分
定義匿名函數(shù)時，一般使用auto作為匿名函數(shù)類型

下面都是有效的匿名函數(shù)定義

auto func1 = [](int x, int y) -> int { return x + y; }; 
auto func2 = [](int x, int y) { return x > y; }; // 省略返回值類型
auto func3 = [] { global_ip = 0; }; // 省略參數(shù)部分

Lambda函數(shù)捕獲列表

為了能夠在Lambda函數(shù)中使用外部作用域中的變量，需要在[]中指定使用哪些變量。

下面是各種捕獲選項：

[] 不捕獲任何變量
[&] 捕獲外部作用域中所有變量，并作為引用在匿名函數(shù)體中使用
[=] 捕獲外部作用域中所有變量，并拷貝一份在匿名函數(shù)體中使用
[x, &y] x按值捕獲, y按引用捕獲
[&, x] x按值捕獲. 其它變量按引用捕獲
[=, &y] y按引用捕獲. 其它變量按值捕獲
[this] 捕獲當(dāng)前類中的this指針，如果已經(jīng)使用了&或者=就默認(rèn)添加此選項

只有l(wèi)ambda函數(shù)沒有指定任何捕獲時，才可以顯式轉(zhuǎn)換成一個具有相同聲明形式函數(shù)指針

auto lambda_func_sum = [](int x, int y) { return x + y; }; // 定義lambda函數(shù)
void (*func_ptr)(int, int) = lambda_func_sum; // 將lambda函數(shù)賦值給函數(shù)指針
func_ptr(10, 20); // 調(diào)用函數(shù)指針

std::function函數(shù)包裝

std::function定義

std::function在C++11后加入標(biāo)準(zhǔn)，可以用它來描述C++中所有可調(diào)用實體，它是是可調(diào)用對象的包裝器，聲明如下：

#include <functional>

// 聲明一個返回值為int，參數(shù)為兩個int的可調(diào)用對象類型
std::function<int(int, int)> Func;

使用之前需要導(dǎo)入<functional>庫，并且通過std命名空間使用。

其他函數(shù)實體轉(zhuǎn)化為std::function

std::function強大的地方在于，它能夠兼容所有具有相同參數(shù)類型的函數(shù)實體。

相比較于函數(shù)指針，std::function能兼容帶捕獲的lambda函數(shù)，而且對類成員函數(shù)提供支持。

#include <iostream>
#include <functional>

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

// 普通函數(shù)
int func_sum(int a, int b)
{
  return a + b;
}

class Calcu
{
public:
  int base = 20;
  // 類的成員方法，參數(shù)包含this指針
  int class_func_sum(const int a, const int b) const { return this->base + a + b; };
  // 類的靜態(tài)成員方法，不包含this指針
  static int class_static_func_sum(const int a, const int b) { return a + b; };
};

// 仿函數(shù)
class ImitateAdd
{
public:
  int operator()(const int a, const int b) const { return a + b; };
};

// lambda函數(shù)
auto lambda_func_sum = [](int a, int b) -> int { return a + b; };

// 函數(shù)指針
int (*func_pointer)(int, int);

int main(void) 
{
  int x = 2; 
  int y = 5;

  // 普通函數(shù)
  SumFunction = func_sum;
  int sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "func_sum：" << sum << std::endl;

  // 類成員函數(shù)
  Calcu obj;
  SumFunction = std::bind(&Calcu::class_func_sum, obj, 
    std::placeholders::_1, std::placeholders::_2); // 綁定this對象
  sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "Calcu::class_func_sum：" << sum << std::endl;

  // 類靜態(tài)函數(shù)
  SumFunction = Calcu::class_static_func_sum;
  sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "Calcu::class_static_func_sum：" << sum << std::endl;

  // lambda函數(shù)
  SumFunction = lambda_func_sum;
  sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "lambda_func_sum：" << sum << std::endl;

  // 帶捕獲的lambda函數(shù)
  int base = 10;
  auto lambda_func_with_capture_sum = [&base](int x, int y)->int { return x + y + base; };
  SumFunction = lambda_func_with_capture_sum;
  sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "lambda_func_with_capture_sum：" << sum << std::endl;

  // 仿函數(shù)
  ImitateAdd imitate;
  SumFunction = imitate;
  sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "imitate func：" << sum << std::endl;

  // 函數(shù)指針
  func_pointer = func_sum;
  SumFunction = func_pointer;
  sum = SumFunction(x, y);
  std::cout << "function pointer：" << sum << std::endl;

  getchar();
  return 0;
}

最后的輸出如下：

func_sum：7
Calcu::class_func_sum：27
Calcu::class_static_func_sum：7
lambda_func_sum：7
lambda_func_with_capture_sum：17
imitate func：7
function pointer：7

其中需要注意對于類成員函數(shù)，因為類成員函數(shù)包含this指針參數(shù)，所以單獨使用std::function是不夠的，還需要結(jié)合使用std::bind函數(shù)綁定this指針以及參數(shù)列表。

std::bind參數(shù)綁定規(guī)則

在使用std::bind綁定類成員函數(shù)的時候需要注意綁定參數(shù)順序：

// 承接上面的例子
SumFunction = std::bind(&Calcu::class_func_sum, obj, 
    std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
SumFunction(x, y);

第一個參數(shù)為類成員函數(shù)名的引用（推薦使用引用）
第二個參數(shù)為this指針上下文，即特定的對象實例
之后的參數(shù)分別制定類成員函數(shù)的第1,2,3依次的參數(shù)值
使用std::placeholders::_1表示使用調(diào)用過程的第1個參數(shù)作為成員函數(shù)參數(shù)
std::placeholders::_n表示調(diào)用時的第n個參數(shù)

看下面的例子：

// 綁定成員函數(shù)第一個參數(shù)為4，第二個參數(shù)為6
SumFunction = std::bind(&Calcu::class_func_sum, obj, 4, 6);
SumFunction(); // 值為 10

// 綁定成員函數(shù)第一個參數(shù)為調(diào)用時的第一個參數(shù)，第二個參數(shù)為10
SumFunction = std::bind(&Calcu::class_func_sum, obj, std::placeholders::_1, 10);
SumFunction(5); // 值為 15

// 綁定成員函數(shù)第一個參數(shù)為調(diào)用時的第二個參數(shù)，第一個參數(shù)為調(diào)用時的第二個參數(shù)
SumFunction = std::bind(&Calcu::class_func_sum, obj, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1);
SumFunction(5, 10); // 值為 15

對于非類成員對象，一般直接賦值即可，會自動進行轉(zhuǎn)換并綁定參數(shù)，當(dāng)然也可以使用std::bind指定參數(shù)綁定行為；

#include <iostream>
#include <functional>

// 按照順序輸出x, y, x
void print_func(int x, int y, int z)
{
  std::cout << x << " " << y << " " << z << std::endl;
}
std::function<void(int, int, int)> Func;

int main()
{
  Func = std::bind(&print_func, 1, 2, 3);
  Func(4, 5, 6); // 輸出： 1 2 3

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

  int n = 10;
  Func = std::bind(&print_func, std::placeholders::_1, std::placeholders::_1, n);
  Func(5, 6, 7); // 輸出： 5 5 10

  getchar();
  return 0;
}

需要注意：就算是綁定的時候指定了默認(rèn)參數(shù)，在調(diào)用的時候也需要指定相同的參數(shù)個數(shù)（雖然不會起作用），否則編譯不通過。

關(guān)于回調(diào)函數(shù)

回調(diào)就是通過把函數(shù)等作為另外一個函數(shù)的參數(shù)的形式，在調(diào)用者層指定被調(diào)用者行為的方式。

通過上面的介紹，我們知道，可以使用函數(shù)指針，以及std::function作為函數(shù)參數(shù)類型，從而實現(xiàn)回調(diào)函數(shù)：

#include <iostream>
#include <functional>

std::function<int(int, int)> ComputeFunction;
int (*compute_pointer)(int, int);

int compute1(int x, int y, ComputeFunction func) {
  // do something
  return func(x, y);
}

int compute2(int x, int y, compute_pointer func)
{
  // do something
  return func(x, y);
}
// 調(diào)用方式參考上面關(guān)于函數(shù)指針和std::function的例子

以上兩種方式，對于一般函數(shù)，簡單lambda函數(shù)而言是等效的。

但是如果對于帶有捕獲的lambda函數(shù)，類成員函數(shù)，有特殊參數(shù)綁定需要的場景，則只能使用std::function。

其實還有很多其他的實現(xiàn)回調(diào)函數(shù)的方式，如下面的標(biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)：

#include <iostream>

// 定義標(biāo)準(zhǔn)的回調(diào)接口
class ComputeFunc
{
public:
  virtual int compute(int x, int y) const = 0;
};

// 實現(xiàn)回調(diào)接口
class ComputeAdd : public ComputeFunc
{
public:
  int compute(int x, int y) const override { return x + y; }
};

int compute3(int x, int y, const ComputeFunc& compute)
{
  // 調(diào)用接口方法
  return compute.compute(x, y);
}

// 調(diào)用方法如下
int main()
{
  ComputeAdd add_func; // 創(chuàng)建一個調(diào)用實例
  int sum = compute3(3, 4, add_func); // 傳入調(diào)用實例
}

面向?qū)ο蟮姆绞礁屿`活，因為這個回調(diào)的對象可以有很復(fù)雜的行為。

以上三種方法各有各的好處，根據(jù)你需要實現(xiàn)的功能的復(fù)雜性，擴展性和應(yīng)用場景等決定使用。

另外，這些函數(shù)類型的參數(shù)可能為空，在調(diào)用之前，應(yīng)該檢查是否可以調(diào)用，如檢查函數(shù)指針是否為空。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

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