函数指针、函数对象、lambda 表达式、std::function

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1. 函数指针

函数指针就是指向函数地址的指针

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

typedef int(*SumFunc)(int x, int y);

// --------

SumFunc sum = Sum;
std::cout << sum(1, 2) << std::endl;

2. 函数对象

重载了 operator() 的类对象:

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class SumClass {
public: 
	SumClass(int padding): padding(padding){}
	
	int operator()(int a, int b) {
		return a + b + padding;
	}
	
private:
	int padding;
};

// ---------------------

SumClass sumObj(3);
std::cout << sumObj(1, 2) << std::endl;

3. Lambda 表达式

lambda 表达式内部会创建一个上面所说的函数对象, 不过是匿名的, 只有编译器知道类名是什么. lambda 可以捕获外部的变量, 都会转换为匿名函数对象的属性值来保存.

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int padding = 3;
auto sum_lambda = [padding](int a, int b) -> int {
	return a + b + padding;
};
std::cout << sum_lambda(1, 2) << std::endl;

4. std::function

C++ 对 std::function 的描述:

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

std::function 是一个函数包装器模板，一个 std::function 类型对象可以包装以下类型：

  • 函数指针
  • 类成员函数指针 (如使用 std::bind 传递)
  • 函数对象（定义了 operator() 操作符的类对象）

既然能包装这些类型, 也相当于可以从这些类型转换过来:

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class TestClass {
public:
  int Sum(int x, int y) {
    return x + y;
  }
};

// ---------------------

// 包装函数指针
std::function<int(int, int)> sum_func_1 = sum;
std::cout << sum_func_1(1, 2) << std::endl;;

// 包装函数对象
std::function<int(int, int)> sum_func_2 = sumObj;
std::cout << sum_func_2(1, 2) << std::endl;;

// 包装 Lambda (即便 capture 了参数)
std::function<int(int, int)> sum_func_3 = sum_lambda;
std::cout << sum_func_3(1, 2) << std::endl;;

// 包装类成员函数指针
TestClass test_obj;
using std::placeholders::_1;
using std::placeholders::_2;
std::function<int(int, int)>  sum_func_4 = std::bind(&TestClass::Sum, &test_obj, _1, _2);
std::cout << sum_func_4(1, 2) << std::endl;;

5. 相互转换

  • 4 中提到的都可以转换为 std::function
  • 没有什么可以直接转换为 lambda
  • 一个没有捕获变量的 lambda 函数, 可以显式转换成函数指针：
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// lambda without capturing any value -> function ptr
SumFunc func_ptr = [/*padding (error) */](int x, int y) -> int {
  return x + y;
};
std::cout << func_ptr(1, 2) << std::endl;;