函数模板

发表于 2021-02-02 更新于 2023-11-28 分类于 cpp ， cpp-code

std::function<> 模板到底是什么？可以简单理解为对应 C 语言中的函数指针。入参或绑定的参数如果是原始指针或引用时，需要特别注意其生存周期。

关于函数类模板，学习《Effective.Modern.C++》P39

And maybe now you’re thinking “What’s a std::function object?” So let’s clear that up

`boost::empty_value` 的意义？

待补充

获得 `std::function` 对象

Lambda expressions

Constructs a closure: an unnamed function object capable of capturing variables in scope. 摘自 lambda

Function objects

A function object is any object for which the function call operator is defined. 摘自 functional

std::function，推荐查看其 Example

Class template std::function is a general-purpose polymorphic function wrapper. Instances of std::function can store, copy, and invoke any CopyConstructible Callable target – functions, lambda expressions, bind expressions, or other function objects, as well as pointers to member functions and pointers to data members. 摘自 function

需要强调的是 C++ 标准未对 std::bind 表达式的返回类型做出定义，其返回值并不对应我们熟悉的任何类型，但可以直接赋值给 std::function<>

std::function<int(int)> func = std::tolower;
std::function<int(int)> lamb = [](int a) { return a; };
std::string str("niel");
std::function<size_t(void)> bind = std::bind(&std::string::size, &str);
std::function<int(int, int)> object = std::plus<int>();
std::function<size_t(const std::string&)> p2mf = &std::string::size;

//std::function<size_t(void)> bind = std::bind(&std::string::size, std::ref(str));
//// 拷贝传参，请务必明白在做什么。also works, but str is copied
//std::function<size_t(void)> bind = std::bind(&std::string::size, str);

模板参数

1
2
3

// ERR，末尾多余的 const 造成报错内容在千里之外
using SENDFUNC = std::function<void(CBD , void const * const , size_t ) const>;
using SENDFUNC = std::function<void(CBD , void const * const , size_t ) /*const*/>;

递归调用

为什么 function<> 对象递归调用自身不能使用 auto?

vc2015 IntelliSence 提示

使用 auto 类型说明符声明的变量不能出现在其自身的初始值设定项中

// auto sum2 = [sum2](int a) {  // 编译错误 why?
// std::function<int(int)> sum2 = [sum2](int a) {  // 执行错误 why? 参考拷贝构造函数的参数为什么要使用引用类型。
std::function<int(int)> sum2 = [&sum2](int a) {
    if (a>0) {
        return (a + sum2(a - 1));
    }
    else {
        return 0;
    }
};
spdlog::info("T({})={}", 30, sum2(30));

虽然 &sum2 引用能够调用成功，但我们必须时刻关注 sum2 对象的生存周期。比如以下代码就会崩溃

std::function<int(int)> sum2Copy;
{
    sum2 = ...
    sum2Copy = sum2;
}
spdlog::info("T({})={}", 30, sum2Copy(30));

对比虚函数

存在神话面向对象，过度使用继承的一个时代，一批人。他们使用基础类型指针，通过虚函数约定回调格式。

上述做法的限制：

局限于继承回调类，重写唯一的虚函数，当类中存在多种请求（大多情形如此）时，在同一回调函数中做分支处理（缺点），分支处理依赖 CBD 枚举类型，以此判断应该使用哪种数据交换类解析 void* 指针

改用 std::function 类模板带来的好处：

将上述混在一起的分支抽离到不同函数中处理，取消通过 CBD 类型选择解析类型的过程；
丢弃 void* 指针，在「调用签名」中使用强类型指针可以避免 void* 指针向具体数据交换类性指针的转换；
~~强类型指针，通过使用智能指针避免手动管理内存，丢弃原生指针；~~（~~智能指针~~ 的常量引用，不要拷贝）实际业务分析，事实上应该使用顺序容器，vector 即可
很大程度上减少 CBD 枚举类型的存在感，甚至丢弃；
数据交换类（Dyna/Tick/stNews 等）取消 ~~强类型~~ 成员变量，对外只提供接口。进一步降低文件之间的依赖关系。

上述优点的核心就是：编码的时候，展现层最低程度地依赖网络层，尤其是「约定」什么的最烂了。

无法判断相等

两个 std::function 无法做比较：大于、小于和相等。

只能判断某个 std::function 是否包含目标，和 nullptr 的相等比较已经在 C++20 中移除。

传值还是引用

传引用潜在威胁严重：参考 https://github.com/tnie/YD-function/tree/check_ref 分支

As with any other type, it’s safe to store a reference only if you have some other way to guarantee that the referred object is still valid whenever that reference is used. 摘抄来源

“重载了函数运算符的类”的对象，调用由此赋值产生的 function<> 对象时，操作的是前者的拷贝，而非本身。——此问题源于构造 function<> 对象，而非 function<> 对象传参。正确做法是：

auto multt3 = Multt3();
//f_multiN f3 = multt3;   // 复制
//f_multiN& f3 = multt3;   // err
f_multiN f3 = std::ref(multt3);   // 还真的可以

结合 stackoverflow 网站多个提问，发现还是以传值为主，基本没有传引用的场景。但我还是用了引用，而且是常量引用！

仔细查看 std::function 的手册，会发现 std::function::operator() 函数是带 const 修饰的，这也意味着使用 const std::function<int(int)>& 传常量引用是完全可以的，无需担心修改源对象非法（指通过 std::bind 绑定的对象或者重载了函数调用运算符的对象），置于 Why is the std::function () operator const? 抽空了解一下，对此感到困惑还是源于一直未弄懂 function 类模板到底是对象呢，还是指针？

回调时的合法性

使用“重载了函数调用符号”的类、std::bind(&Class::Function, ObjectPointer, std::placeholder::_1) 等涉及类的可调用类型时，因为跨内存模块（动态库）、跨线程，当对象析构后执行回调如何处理？

通俗地讲，在调用类的普通成员函数时如何判断所属对象已经析构，不然当成员函数使用成员变量时直接造成程序崩溃。

析构函数遇上多线程怎么办？好难，┭┮﹏┭┮，请尽量阅读本文 PDF 版
由上述核心引起的 std::function 遇上多线程

网络层是否不应该负责（主要是做不到）对展现层传入的类模板 std::function<> 对象做深度的有效性判断？毕竟展现层传入的 raw 究竟是函数指针、lambda 表达式还是 std::bind() 返回值，数据层都一无所知

网络层也就只能检查 std::function<> 对象

是否存储可调用函数对象 c

至于对象 c 的有效性——比如通过 std::bind 绑定对象 t 时，t 是否析构——网络层是无法检查的

所以，展现层应该自检。可能的一种实现方式是：

/*网络层接口*****************************/
using YDDATA2CALLBACK1 = std::function<void (QID qid, CBD cbd, int period, const shared_ptr<Dyna> data)>;

QID YDdata_subscribeDynaWithOrder(const char *code, YDDATA2CALLBACK1 cb, const char* order /*= nullptr*/, bool desc /*= false*/) ;

/*展现层可能的实现方式*************************************/
class EXAMPLE : public std::enable_shared_from_this<EXAMPLE>
{
public:
    std::shared_ptr<EXAMPLE> getptr() {
        return shared_from_this();
    }

    void callback1(QID qid, CBD cbd, int period, const std::shared_ptr<Dyna> data, std::weak_ptr<EXAMPLE> ptr)
    {
        if (ptr.lock() == nullptr)
            return;
        // code
    }

    QID subscribeDyna()
    {
        std::weak_ptr<EXAMPLE> wptr = shared_from_this();
        return YDdata_subscribeDynaWithOrder("SH000001", std::bind(&EXAMPLE::callback1, this, _1, _2, _3, _4, wptr));
    }
};

using Good = EXAMPLE;
// 只允许在先前已被std::shared_ptr 管理的对象上调用 shared_from_this 。否则调用行为未定义
int main()
{
    // 正确的示例
    std::shared_ptr<Good> gp1 = std::make_shared<Good>();
    std::shared_ptr<Good> gp2 = gp1->getptr();

    // 错误的使用示例：调用 shared_from_this 但其没有被 std::shared_ptr 占有
    try {
        Good not_so_good;
        std::shared_ptr<Good> gp1 = not_so_good.getptr();
    }
    catch (std::bad_weak_ptr& e) {
        // C++17 前为未定义行为； C++17 起抛出 std::bad_weak_ptr 异常
        std::cout << e.what() << '\n';
    }
    return 0;
}

上述 EXAMPLE 类，因为回调时对象可能已经析构，所以回调函数 callback1() 使用类的成员并不合适（虽然使用 wptr 判断了），且 bind() 时 this, wptr 也有重复（ wptr 主要是为了判断对象是否还活着， this 无现实意义）。改进 EXAMPLE 类：

/*展现层可能的实现方式*************************************/
class EXAMPLE : public std::enable_shared_from_this<EXAMPLE>
{
public:
    static void callback1(QID qid, CBD cbd, int period, const std::shared_ptr<Dyna> data, std::weak_ptr<EXAMPLE> wptr)
    {
        auto ptr = wptr.lock();
        if (ptr == nullptr)
            return;
        ptr->_callback1(qid, cbd, period, data);
    }

    QID subscribeDyna()
    {
        std::weak_ptr<EXAMPLE> wptr = shared_from_this();
        return YDdata_subscribeDynaWithOrder("SH000001", std::bind(&EXAMPLE::callback1, _1, _2, _3, _4, wptr));
    }

private:
    void _callback1(QID qid, CBD cbd, int period, const std::shared_ptr<Dyna> data)
    {
        // code
    }
};

boost::empty_value 的意义？

获得 std::function 对象