没想到bind的功能这么强大,赶紧来看看

std::bind是C++11中一个函数模版,就像函数适配器,接受一个可调用对象(callable object),生成一个新的可调用对象。通过它,我们可以实现类似传统的函数指针,函数回调等功能,并且能够降低代码的复杂度。

本文首先详细说明std::bind的基本用法以及解释使用过程中疑问点,然后再介绍如何利用传统函数指针搭建基础结构,再说明如何用std::bind来代替函数指针,最后介绍如何用std::bind来实现函数回调的功能。

一、std::bind的基本用法

首先看下std::function, 它就是std::bind返回的新的可调用对象。如下图,定义实现了普通加法函数Add,  然后将该函数指针赋值给std::function类型的变量,这里可以注意到,使用了Add和&Add进行赋值。两者是等效的,这是因为使用Add的时候,会隐式转换成函数指针。

static int Add(int a, int b)
{
    return (a+b);
}

std::function<int (int, int)> fun = Add;
std::function<int (int, int)> fun2 = &Add;
LOG(INFO) << "fun(1, 1):"<< fun(1, 1);
LOG(INFO) << "fun2(1, 2):"<< fun2(1, 2);

运行程序之后的输出信息,可以看出std::function类型的变量的使用与普通函数的使用是一样的。

[2020-01-05 17:43:05,243189] [void JDebugBind::StartDebug():184] fun(1, 1):2
[2020-01-05 17:43:05,243206] [void JDebugBind::StartDebug():185] fun2(1, 2):3

我们不直接采用普通函数对std::function进行赋值,而是采用stb::bind,首先看下简单的实例,其中std::placeholders::_1和std::placeholders::_2是占位符,代表函数的入参。如果调用的时候,需要传递具体实参,那么就需要使用placeholders来占位。这里需要注意std::placeholders::_1并不是代表函数的第一个入参数,至于为什么,请继续往下阅读,下面将会通过实例进行阐述。

std::function<int (int, int)> fun3 = std::bind(Add, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
std::function<int (int, int)> fun4 = std::bind(&Add, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);

LOG(INFO) << "fun3(1, 3):"<< fun3(1, 3);
LOG(INFO) << "fun4(1, 4):"<< fun4(1, 4);

如果函数的第二个入参是一个固定值,那么第一个入参就需要使用占位符std::placeholders::_1,如下所示,函数第二个参数固定位数值5,那么使用std::function类型变量的时候,也只需要传递一个参数,该参数代表Add函数的第一个参数。

std::function<int (int)> fun5 = std::bind(Add, std::placeholders::_1, 5);
LOG(INFO) << "fun5(1):"<< fun5(1);

如果Add函数的第一个入参是一个固定值,那么第二个入参就需要使用占位符std::placeholders::_1(注意不是std::placeholders::_2),如下所示,函数第一个参数固定位数值6,那么使用std::function类型变量的时候,也只需要传递一个参数,该参数代表Add函数的第二个参数。

std::function<int (int)> fun6 = std::bind(Add, 6, std::placeholders::_1);
LOG(INFO) << "fun6(1):"<< fun6(1);

当然,如果函数Add的两个参数都是固定值,那么使用std::function类型变量的时候,就不需要参数了。

std::function<int()> fun7 = std::bind(Add, 3, 7);
LOG(INFO) << "fun7():"<< fun7();

这里有个小技巧,如果不想要书写std::function那么繁琐的信息表示,那么可以采用auto代替,但是注意不要滥用auto.

auto fun8 = std::bind(Add, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "fun8(1, 8):"<< fun8(1,8);

二、std::bind的扩展

上面说明的是stb::bind使用普通函数的方法,那么如果是类的成员函数呢?应该如何使用呢?首先s td::bind的第一个参数是类成员函数指针,第二个参数为类对象的指针,其他的用法与使用普通函数的用法是一样的。

class JBindClass
{
public:
    int Multi(int a, int b)
    {
        return (a * b);
    }
};


JBindClass bind_class;
auto fun9 = std::bind(&JBindClass::Multi, &bind_class, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
LOG(INFO) << "fun9(1, 9):"<< fun9(1,9);

std::bind参数值是默认按照值传递的,首先实现函数Print, 该函数的入参是一个引用,函数内部将参数自增1,然后输出打印信息。接着再通过输出std::bind使用前后日志信息来确认是否是按照值传递。

static void Print(int &value)
{
    value++;
    LOG(INFO) << value;
}

int i_value = 10;
LOG(INFO) << "before i_value:" << i_value;
std::function<void()> fun10 = std::bind(Print,i_value);
fun10();
LOG(INFO) << "after i_value:" << i_value;

从输入的打印信息看,std::bind使用前后的信息没有发生变化,说明std::bind是默认按照值传递的。

[void JDebugBind::StartDebug():207] before i_value:10
[void Print(int &):24] 11
[void JDebugBind::StartDebug():210] after i_value:10

如果想要按照引用来传递变量,应该如何操作呢,那么就是std::ref登场的时候,std::ref是用于包装引用传递的值。

LOG(INFO) << "before i_value:" << i_value;
std::function<void()> fun11 = std::bind(Print,std::ref(i_value));
fun11();
LOG(INFO) << "after i_value:" << i_value;

从输出打印信息看,采用std::ref传递变量之后,std::bind使用前后的信息发生变化了。

[void JDebugBind::StartDebug():213] before i_value:10
[void Print(int &):24] 11
[void JDebugBind::StartDebug():216] after i_value:11

另外补充一点,std::cref用于包装const引用传递的值。

static void Printc(const int &value)
{
    LOG(INFO) << value;
}

int i_value_c = 12;
std::function<void()> fun12 = std::bind(Printc,std::cref(i_value_c));
fun12();

三、传统函数指针

函数指针变量用于存储函数指针,以便后续的调用。有时候可以利用它实现多个消息对象的处理,并且一定程度满足开闭原则。

首先实现抽象基类JAbstractBaseTest,接着再实现继承JAbstractBaseTest的两个子类JObjA和JObjB

/// 基类
class JAbstractBaseTest
{
public:
    JAbstractBaseTest(){}
    virtual ~JAbstractBaseTest(){}

    virtual void run() = 0;

};

/// 子类JObjA
class JObjA: public JAbstractBaseTest
{
public:
    void run(){LOG(INFO) << "JObjA Run";}

    static JAbstractBaseTest* create_instance()
    {
        return new JObjA();
    }

};

/// 子类JObjB
class JObjB: public JAbstractBaseTest
{
public:
    void run(){LOG(INFO) << "JObjB Run";}

    static JAbstractBaseTest* create_instance()
    {
        return new JObjB();
    }
};

完成上面的测试类,接着实现基础的框架,定义函数指针CreateObj,该函数指针用于动态创建对象,然后再分别实现初始化创建对象的函数指针映射表以及通过id从映射表中获取函数对象的两个函数。

class JDebugMain
{
public:
    JDebugMain()
    {
        InitObj();
    }

    // 定义函数指针
    typedef JAbstractBaseTest* (*CreateObj)();
    
    enum E_OBJ_ID
    {
        E_OBJ_A,
        E_OBJ_B,
    };

    // 初始化创建对象的函数指针映射表
    void InitObj()
    {
         m_mapRegisterClass[E_OBJ_A] = &JObjA::create_instance;
         m_mapRegisterClass[E_OBJ_B] = &JObjB::create_instance;
    }

    // 通过id从映射表中获取函数对象
    JAbstractBaseTest* GetObj(E_OBJ_ID eObjId)
    {
        std::map<E_OBJ_ID,CreateObj>::iterator iter;
        iter = m_mapRegisterClass.find(eObjId);
        if (iter != m_mapRegisterClass.end())
        {
            return m_mapRegisterClass[eObjId]();
        }
        return nullptr;
    }

private:
    std::map<E_OBJ_ID, CreateObj> m_mapRegisterClass;
};

使用调用方式如下,通过id获取对象指针,然后执行对象的run函数。通过这样的方式,可以做到主体循环不变,如果需要添加新的对象处理,那么只要实现新的类,然后添加到映射表中即可。

JDebugMain debug_main;
JAbstractBaseTest* p_obj = debug_main.GetObj(JDebugMain::E_OBJ_A);
if (p_obj)
{
    p_obj->run();
    delete p_obj;
    p_obj = nullptr;
}

四、std::bind代替函数指针

std::bind和std::function的结合,可以实现函数指针的功能。通过using Funtor = std::function<void (void)>来实现类似函数指针的声明。其中Funtor表示std::function<void (void)>的别名。然后在初始化表函数InitTab中,通过使用std::bind将类的函数成员一一映射到map中。

/// 类定义
class JDebugBind
{
public:
    using Funtor = std::function<void (void)>;
    enum
    {
        E_TEST_FUN_01,
        E_TEST_FUN_02,
    };

    JDebugBind();
    /// 根据测试id来执行对应的测试函数
    void RunTest(int iType);

protected:
    void Test01();
    void Test02();

private:
    void InitTab();

private:
    std::map<int, Funtor> m_mapTab;
};

/// 类实现
JDebugBind::JDebugBind()
{
    InitTab();
}

void JDebugBind::InitTab()
{
    m_mapTab.clear();
    m_mapTab[E_TEST_FUN_01] = std::bind(&JDebugBind::Test01, this);
    m_mapTab[E_TEST_FUN_02] = std::bind(&JDebugBind::Test02, this);
}

void JDebugBind::RunTest(int iType)
{
    std::map<int, Funtor>::iterator iter;
    for(iter = m_mapTab.begin(); iter != m_mapTab.end(); iter++)
    {
        if (iType == iter->first)
        {
            iter->second();
        }
    }
}

void JDebugBind::Test01()
{
    LOG(INFO) << "Test01";
}

void JDebugBind::Test02()
{
    LOG(INFO) << "Test02";
}

调用JDebugBind的方式如下,只需要传递函数的id给函数RunTest,即可执行到对应的函数。同样的,后续如果想要添加新的功能,那么只要实现新的函数,并且将其添加到map中即可。

JDebugBind debug_bind;
debug_bind.RunTest(JDebugBind::E_TEST_FUN_01);

五、std::bind实现函数回调

函数回调在编程实现是一个特别重要的特性,它经常会在一些架构中使用到。而std::bind是可以实现函数回调的特性的。下图实现的类JDebugCallback中,构造函数接受一个类型为std::function的参数之后,将其赋值给类的成员函数m_callback,后续调用函数Start的时候,Start函数内部再调用m_callback,从而实现函数回调。这里只是一个简单的例子说明,可能还不能充分看到函数回调的强大。希望这里作为一个引入,后续在实际工作中,再慢慢的体会。

class JDebugCallback
{
public:
    JDebugCallback(std::function<void()> callback)
        : m_callback(callback)
    { }

    void Start()
    {
        m_callback();
    }

private:
    std::function<void()> m_callback;
};

最后看下怎么使用JDebugCallback类,实现类两个函数CallBack01和CallBack02,然后通过std::bind传递给JDebugCallback,接着JDebugCallback对象调用Start来执行传递进来的函数。

static void CallBack01()
{
    LOG(INFO) << "CallBack01";
}

static void CallBack02()
{
    LOG(INFO) << "CallBack02";
}

JDebugCallback debug_cb_01(std::bind(CallBack01));
debug_cb_01.Start();

JDebugCallback debug_cb_02(std::bind(CallBack02));
debug_cb_02.Start();

五、总结

至此,C++11提供的std::bind的用法和扩展已经介绍完毕,虽然工作中有各种各样的需求场景,但是只要掌握了知识的基本原理,就能够以不变应万变。本文介绍了std::bind的各种基本应用场景,并结合了例子进行说明,相信应该已经说明白了。