[C++11札记]: std::function

在C/C++中函数指针作为一种回调机制被广泛使用，但是函数指针在C++面向对象编程中有些不足，比如无法捕捉上下文。举个例子，使用对象的非静态成员函数作为函数指针就无法做到。

仿函数

在C++11之前，我们在使用STL算法时，通常会使用到一种特别的对象，称为函数对象，或者仿函数（functor），例子如下：

class _functor {
public:
   int operator()(int x, int y) { return x + y; }
};int main() {
   int girls = 3, boys = 4;
   _functor totalChild(5, 6);
   return totalChild(5, 6);
}

简单地说，仿函数就是重新定义了成员函数operator()的一种对象，其使用在代码层面感觉跟函数的使用并无二样，但究其本质却并非函数。

相比函数，仿函数可以拥有初始状态，一般通过class定义私有成员，并在声明对象的时候对其进行初始化。私有成员的状态就成了仿函数的初始状态。声明一个仿函数对象可以拥有多个不同初始状态的实例，因此可以借由仿函数产生多个功能类似却不同的仿函数实例。

#include <iostream>
using namespace std;class Tax {
private:
   float rate;
   int base;
public:
   Tax(float r, int b) : rate(r), base(b) {}
   float operator() (float money) { return (money - base) * rate; }
};int main() {
   Tax high(0.40, 30000);
   Tax middle(0.25, 20000);
   cout << "tax over 3w: " << high(37500) << endl;
   cout << "tax over 2w: " << middle(27500) << endl;   return 0;
}

std::function

在上一篇文章中我们介绍了C++11中的lambda函数。lambda函数在本质上并非函数，这样导致一个问题：

• 函数指针不能指向lambda函数，因为lambda函数本质上并非函数。
• 仿函数和函数指针及lambda函数类型也不相同。

当然上述问题也不是没有解决方法，通过C++模板(template)就可以，std::sort的实现就使用了模板，不论使用函数、仿函数还是lambda函数实现排序算法，均可以传给std::sort。

但是采用模板最大的问题在于编译期展开，头文件会变得很大，编译时间也会很长。

C++11引入std::function更好的解决了这一问题。

std::function可以用于保存并调用任何可调用的东西，比如函数、lambda函数、std::bind表达式、仿函数，甚至是指向对象成员的指针。

std::function简单来说就像是个接口，且能够把符合这个接口的对象（这里对象泛指一切类型，并非面向对象编程中的对象）储存起来，更神奇的是，两个std::function的内容可以交换。

下面的示例演示了将函数指针、lambda函数和std::bind表达式传递给std::function：

int add(int a, int b) { return (a + b); }
int sub(int a, int b) { return (a - b); }
int mul(int a, int b) { return (a * b); }class Math
{
public:
   int mod(int a, int b) { return (a % b); }
};int compute(int a, int b, std::function op) { return op(a, b); }int main()
{
   compute(1, 2, add);
   compute(1, 2, sub);
   compute(1, 2, mul);   compute(1, 2, [](int a, int b) -> int { return (a % b); });   Math math;
   compute(1, 2, std::bind(&Math::mod, &math, std::placeholders::_1, std::placehoders::_2));   return 0;
}

需要指出的是，所谓符合接口，并不需要参数和返回值声明完全一致，只要能够通过隐式转换变成相同类型就可以了。所以std::function也能储存一个void(double)的可调用对象，如下代码是合法的：

double divide(double a, double b) { return (a / b); }compute(1, 2, divide);

从上面的例子可以看出，std::function可以应用的范围很广，而且没有模板带来的头文件膨胀问题，非常适合取代函数指针。然而，std::function相较于函数指针，性能上会有一点点损失，如果不是在性能特别关键的场合，还是大胆拥抱C++ 11这一新特性吧！

参考

1. Should I use std::function or a function pointer in C++?
2. 簡介 std::function (C++11 後的新功能)
3. 《深入理解C++11 ：C++11新特性解析与应用》，p238 ~ p240
4. WHO CALLS WHO? CALLBACKS IN C++11