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C++11的函数包装器std::function使用

C语言 来源:互联网 作者:佚名 发布时间:2024-12-29 22:25:03 人浏览
摘要

C++中的函数包装器(Function Wrapper)是用来封装和管理函数或可调用对象(如函数指针、函数对象、Lambda 表达式等)的工具。它们使得函数的使用更为灵活和通用,常被用于异步编程、事件处理

C++中的函数包装器(Function Wrapper)是用来封装和管理函数或可调用对象(如函数指针、函数对象、Lambda 表达式等)的工具。它们使得函数的使用更为灵活和通用,常被用于异步编程、事件处理、回调等场景。

C++11引入的 std::function 是最常用的函数包装器。它可以存储任何可调用对象并提供统一的调用接口。以下是关于函数包装器的详细讲解,包括它的基本用法、特点、限制、以及与其他相关机制的对比。

一、std::function 的基本用法

std::function 是 C++ 标准库中的一个模板类,可以存储一个可调用对象,如普通函数、函数指针、Lambda 表达式、或实现了 operator() 的对象。

1. 基本语法

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#include <iostream> 

#include <functional> 

 

void myFunction(int x) { 

    std::cout << "Function called with: " << x << std::endl; 

 

int main() { 

    std::function<void(int)> func = myFunction; // 包装普通函数 

 

    func(10); // 输出: Function called with: 10 

 

    // 也可以包装 Lambda 表达式 

    func = [](int y) { 

        std::cout << "Lambda called with: " << y << std::endl; 

    }; 

 

    func(20); // 输出: Lambda called with: 20 

 

    return 0; 

}

二、如何使用 std::function

1. 存储不同类型的可调用对象

std::function 可以存储任何可以调用的对象,包括函数、Lambda 表达式和函数对象。

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#include <iostream> 

#include <functional> 

 

int add(int a, int b) { 

    return a + b; 

 

struct Multiply { 

    int operator()(int a, int b) const { 

        return a * b; 

    } 

}; 

 

int main() { 

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

 

    // 包装普通函数 

    func = add; 

    std::cout << "Add: " << func(3, 4) << std::endl; // 输出: Add: 7 

 

    // 包装函数对象 

    func = Multiply(); 

    std::cout << "Multiply: " << func(3, 4) << std::endl; // 输出: Multiply: 12 

 

    // 包装 Lambda 表达式 

    func = [](int a, int b) { return a - b; }; 

    std::cout << "Subtract: " << func(10, 4) << std::endl; // 输出: Subtract: 6 

 

    return 0; 

}

2. 使用类型推导

C++14引入了泛型Lambda,进一步增强了 std::function 的灵活性:

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#include <iostream> 

#include <functional> 

 

int main() { 

    // 使用 Lambda 表达式的类型推导 

    auto lambda = [](int x) { return x * 2; }; 

    std::function<int(int)> func = lambda; 

 

    std::cout << "Lambda result: " << func(5) << std::endl; // 输出: Lambda result: 10 

 

    return 0; 

}

三、特点与限制

1. 类型安全

std::function 提供强类型安全,确保传递的可调用对象与指定的函数签名相符。

2. 存储开销

std::function 是一个类型擦除(Type Erasure)机制的实现,它会根据保存的可调用对象的类型动态分配内存。尽管这使得类型更灵活,但也增加了一些运行时开销。

3. 性能考虑

由于类型擦除的特性,std::function 的性能通常低于直接使用函数指针或 Lambda 表达式,特别是在高频调用的场景下。如果对性能有较高要求,建议直接使用函数指针或模板。

四、结合 std::bind

std::bind 是一个C++11引入的函数适配器,允许将某些参数绑定到函数对象或 Lambda 表达式。与 std::function 结合使用可以使代码更灵活。

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#include <iostream> 

#include <functional> 

 

void print(int x, int y) { 

    std::cout << "x: " << x << ", y: " << y << std::endl; 

 

int main() { 

    // 使用 std::bind 绑定部分参数 

    auto boundFunc = std::bind(print, 10, std::placeholders::_1); 

     

    // `boundFunc` 现在只需要一个参数 

    boundFunc(20); // 输出: x: 10, y: 20 

 

    return 0; 

}

五、结合标准库的异步操作

在使用异步处理时,std::function 可以存储要在新线程中执行的函数。

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#include <iostream> 

#include <functional> 

#include <thread> 

 

void asyncTask(int id) { 

    std::cout << "Task " << id << " is running." << std::endl; 

 

int main() { 

    // 声明 std::function 

    std::function<void(int)> task = asyncTask; 

 

    // 创建新线程 

    std::thread t(task, 1); 

    t.join(); // 等待线程结束 

 

    return 0; 

}


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