＜functional＞的使用详解

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#c++ #算法 #开发语言

C++ 中的 <functional> 库用于 函数对象 和 回调函数 的处理，功能非常强大，能够让我们更加灵活地操作函数和其他可调用对象。

1. 什么是 `<functional>` 库？

<functional> 是 C++ 标准库中的一个头文件，包含了用于处理 函数对象（functor） 和 回调函数 的工具。它让我们能够更加灵活地操作函数，尤其是那些作为参数传递或返回值的函数。

常用组件：

std::function：存储任意类型的可调用对象（函数、lambda、函数指针等）。
std::bind：用于绑定函数的参数，创建一个新的函数对象。
std::placeholders：用于 std::bind，指定参数的位置。
std::mem_fn：用于将成员函数包装成可调用的对象。

2. `std::function`

std::function 是 <functional> 库中最核心的部分，它提供了一种通用的方式来存储和调用任何类型的可调用对象，包括普通函数、成员函数、lambda 表达式、函数对象等。

基本用法：

std::function 是一个模板类，用于存储任意类型的函数或可调用对象，具有一致的调用接口。

#include <iostream>
#include <functional>

void hello() {
    std::cout << "Hello, world!" << std::endl;
}

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

int main() {
    // 存储普通函数
    std::function<void()> func = hello;
    func();  // 输出 Hello, world!

    // 存储带参数的函数
    std::function<int(int, int)> addFunc = add;
    std::cout << addFunc(3, 4) << std::endl;  // 输出 7

    return 0;
}

解释：

std::function<void()> 用来存储没有参数且没有返回值的函数 hello。
std::function<int(int, int)> 用来存储带有两个 int 参数并返回 int 的函数 add。

优点：

std::function 可以存储各种类型的函数，包括普通函数、成员函数、lambda、甚至是函数指针和函数对象。
可以通过 统一接口 调用它们。

示例：存储 lambda 表达式

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    // 存储 lambda 表达式
    std::function<int(int, int)> multiply = [](int a, int b) { return a * b; };
    
    std::cout << multiply(3, 4) << std::endl;  // 输出 12
    return 0;
}

3. `std::bind`

std::bind 用于绑定函数的参数，它可以预先提供部分参数，返回一个新的可调用对象。

基本用法：

std::bind 创建一个新的函数对象，可以指定某些参数值，并返回一个新的函数对象，部分应用 参数。

#include <iostream>
#include <functional>

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

int main() {
    // 将 add 函数的第一个参数绑定为 5
    auto add5 = std::bind(add, 5, std::placeholders::_1);
    
    std::cout << add5(3) << std::endl;  // 输出 8，等价于 add(5, 3)
    return 0;
}

解释：

std::bind(add, 5, std::placeholders::_1) 创建了一个新的函数对象 add5，它将 add 函数的第一个参数绑定为 5，第二个参数使用占位符 _1 来等待传递。

`std::placeholders`：

std::placeholders 是一个特殊的命名空间，用来表示待绑定的位置。std::placeholders::_1 表示绑定函数的第一个参数，_2 表示第二个参数，以此类推。

4. `std::mem_fn`

std::mem_fn 用于将成员函数包装成可调用对象。它可以将成员函数转化为普通的函数对象，方便传递和调用。

基本用法：

std::mem_fn 是一个函数模板，它可以将成员函数包装成函数对象，之后可以像调用普通函数一样调用成员函数。

#include <iostream>
#include <functional>

class MyClass {
public:
    void sayHello() {
        std::cout << "Hello from MyClass!" << std::endl;
    }
};

int main() {
    MyClass obj;
    
    // 使用 std::mem_fn 创建一个可调用的成员函数对象
    std::function<void()> func = std::mem_fn(&MyClass::sayHello);
    
    func();  // 输出 "Hello from MyClass!"
    return 0;
}

解释：

std::mem_fn(&MyClass::sayHello) 将 MyClass 的成员函数 sayHello 转换成了一个函数对象。
之后你可以通过 func() 调用该成员函数。

5. `std::function` 在回调和事件处理中的应用

std::function 让我们能够更加灵活地处理 回调函数，这是在异步编程、事件驱动编程中的常见用法。

示例：回调函数

#include <iostream>
#include <functional>

void printMessage(const std::string& msg) {
    std::cout << msg << std::endl;
}

void executeCallback(std::function<void(const std::string&)> callback) {
    callback("Hello, callback!");
}

int main() {
    // 将函数 printMessage 作为回调传入
    executeCallback(printMessage);  // 输出 "Hello, callback!"
    return 0;
}

解释：