C++11 std::function, std::bind, std::ref, std::cref

转自：http://www.jellythink.com/

std::function

看看这段代码

先来看看下面这两行代码：

std::function<void(EventKeyboard::KeyCode, Event*)> onKeyPressed;
std::function<void(EventKeyboard::KeyCode, Event*)> onKeyReleased;

这两行代码是从Cocos2d-x中摘出来的，重点是这两行代码的定义啊。std::function这是什么东西？如果你对上述两行代码表示毫无压力，那就不妨再看看本文，就当温故而知新吧。

std::function介绍

类模版std::function是一种通用、多态的函数封装。std::function的实例可以对任何可以调用的目标实体进行存储、复制、和调用操作，这些目标实体包括普通函数、Lambda表达式、函数指针、以及其它函数对象等。std::function对象是对C++中现有的可调用实体的一种类型安全的包裹（我们知道像函数指针这类可调用实体，是类型不安全的）。

通常std::function是一个函数对象类，它包装其它任意的函数对象，被包装的函数对象具有类型为T1, …,TN的N个参数，并且返回一个可转换到R类型的值。std::function使用模板转换构造函数接收被包装的函数对象；特别是，闭包类型可以隐式地转换为std::function。

最简单的理解就是：

通过std::function对C++中各种可调用实体（普通函数、Lambda表达式、函数指针、以及其它函数对象等）的封装，形成一个新的可调用的std::function对象；让我们不再纠结那么多的可调用实体。一切变的简单粗暴。

怎么使用std::function

使用std::function的感觉就是“万众归一”，下面就通过实际的代码例子，看看究竟怎么使用std::function。会使用了才是王道。

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;std::function< int(int)> Functional;// 普通函数
int TestFunc(int a)
{return a;
}// Lambda表达式
auto lambda = [](int a)->int{ return a; };// 仿函数(functor)
class Functor
{public:int operator()(int a){return a;}
};// 1.类成员函数
// 2.类静态函数
class TestClass
{public:int ClassMember(int a) { return a; }static int StaticMember(int a) { return a; }
};int main()
{// 普通函数Functional = TestFunc;int result = Functional(10);cout << "普通函数："<< result << endl;// Lambda表达式Functional = lambda;result = Functional(20);cout << "Lambda表达式："<< result << endl;// 仿函数Functor testFunctor;Functional = testFunctor;result = Functional(30);cout << "仿函数："<< result << endl;// 类成员函数TestClass testObj;Functional = std::bind(&TestClass::ClassMember, testObj, std::placeholders::_1);result = Functional(40);cout << "类成员函数："<< result << endl;// 类静态函数Functional = TestClass::StaticMember;result = Functional(50);cout << "类静态函数："<< result << endl;return 0;
}

对于各个可调用实体转换成std::function类型的对象，上面的代码都有，运行一下代码，阅读一下上面那段简单的代码。总结了简单的用法以后，来看看一些需要注意的事项：

关于可调用实体转换为
```
std::function
```
对象需要遵守以下两条原则：
- 转换后的std::function对象的参数能转换为可调用实体的参数；
- 可调用实体的返回值能转换为std::function对象的返回值。
std::function对象最大的用处就是在实现函数回调，使用者需要注意，它不能被用来检查相等或者不相等，但是可以与NULL或者nullptr进行比较。

为什么要用std::function

好用并实用的东西才会加入标准的。因为好用，实用，我们才在项目中使用它。std::function实现了一套类型消除机制，可以统一处理不同的函数对象类型。以前我们使用函数指针来完成这些；现在我们可以使用更安全的std::function来完成这些任务。

还有为什么？我也不知道还有为什么？等以后发现了更好的实际应用实例再回来说为什么吧。

std::bind

看看这段代码

这几天学习Cocos2d-x，看到了以下的一段代码：

// new callbacks based on C++11
#define CC_CALLBACK_0(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, ##__VA_ARGS__)#define CC_CALLBACK_1(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, ##__VA_ARGS__)#define CC_CALLBACK_2(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, ##__VA_ARGS__)#define CC_CALLBACK_3(__selector__,__target__, ...) std::bind(&__selector__,__target__, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, std::placeholders::_3, ##__VA_ARGS__)

都是定义的一些宏，如果你看了上面的这段代码，觉的很简单，那么这篇文章你完全可以pass了；如果你对上面定义的这些宏，完全不知道是什么意思，那么，这篇文章就属于你，完全属于你的菜。

通过这篇文章，我将带你进入C++11中std::bind的世界，让我们起航吧。

先来看看std::bind1st和std::bind2nd

bind是这样一种机制，它可以预先把指定可调用实体的某些参数绑定到已有的变量，产生一个新的可调用实体，这种机制在回调函数的使用过程中也颇为有用。C++98中，有两个函数bind1st和bind2nd，它们分别可以用来绑定functor的第一个和第二个参数，它们都是只可以绑定一个参数。各种限制，使得bind1st和bind2nd的可用性大大降低。

如果通过上面的内容，你还没有明白std::bind1st和std::bind2nd到底是何方圣神到底是什么东西，那就看这段代码示例：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> coll;for (int i = 1; i <= 10; ++i){coll.push_back(i);}// 查找元素值大于10的元素的个数// 也就是使得10 < elem成立的元素个数 int res = count_if(coll.begin(), coll.end(), bind1st(less<int>(), 10));cout << res << endl;// 查找元素值小于10的元素的个数// 也就是使得elem < 10成立的元素个数 res = count_if(coll.begin(), coll.end(), bind2nd(less<int>(), 10));cout << res << endl;return 0;
}

通过上面的代码明白了std::bind1st和std::bind2nd了么？还没有明白？好吧，我接着往细了讲。

对于上面的代码，less<int>()其实是一个仿函数，如果没有std::bind1st和std::bind2nd，那么我们可以这样使用less<int>()，代码如下：

less<int> functor = less<int>();
bool bRet = functor(10, 20); // 返回true

看到了么？less<int>()这个仿函数对象是需要两个参数的，比如10<20进行比较，那么10叫做left参数，20叫做right参数。

当使用std::bind1st的时候，就表示绑定了left参数，也就是left参数不变了，而right参数就是对应容器中的element；
当使用std::bind2nd的时候，就表示绑定了right参数，也就是right参数不变了，而left参数就是对应容器中的element。

这下应该讲明白了。

再来看看std::bind

C++11中提供了std::bind。bind()函数的意义就像它的函数名一样，是用来绑定函数调用的某些参数的。

bind的思想实际上是一种延迟计算的思想，将可调用对象保存起来，然后在需要的时候再调用。而且这种绑定是非常灵活的，不论是普通函数、函数对象、还是成员函数都可以绑定，而且其参数可以支持占位符，比如你可以这样绑定一个二元函数auto f = bind(&func, _1, _2);，调用的时候通过f(1,2)实现调用。

简单的认为就是std::bind就是std::bind1st和std::bind2nd的加强版。

怎么使用std::bind

一个知识点厉不厉害，归根到底还是要经过实践的考验，下面就来看看std::bind到底怎么用。

先看看《C++11中的std::function》中那段代码，std::function可以绑定全局函数，静态函数，但是绑定类的成员函数时，必须要借助std::bind的帮忙。但是话又说回来，不借助std::bind也是可以完成的，只需要传一个*this变量进去就好了，比如：


#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;class View
{public:void onClick(int x, int y){cout << "X : " << x << ", Y : " << y << endl;}
};// 定义function类型, 三个参数
function<void(View, int, int)> clickCallback;int main(int argc, const char * argv[])
{View button;// 指向成员函数clickCallback = &View::onClick;// 进行调用clickCallback(button, 10, 123);return 0;
}

再来一段示例谈谈怎么使用std::bind代码：

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;int TestFunc(int a, char c, float f)
{cout << a << endl;cout << c << endl;cout << f << endl;return a;
}int main()
{auto bindFunc1 = bind(TestFunc, std::placeholders::_1, 'A', 100.1);bindFunc1(10);cout << "=================================\n";auto bindFunc2 = bind(TestFunc, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1, 100.1);bindFunc2('B', 10);cout << "=================================\n";auto bindFunc3 = bind(TestFunc, std::placeholders::_2, std::placeholders::_3, std::placeholders::_1);bindFunc3(100.1, 30, 'C');return 0;
}

上面这段代码主要说的是bind中std::placeholders的使用。 std::placeholders是一个占位符。当使用bind生成一个新的可调用对象时，std::placeholders表示新的可调用对象的第几个参数和原函数的第几个参数进行匹配，这么说有点绕。比如：

auto bindFunc3 = bind(TestFunc, std::placeholders::_2, std::placeholders::_3, std::placeholders::_1);bindFunc3(100.1, 30, 'C');

可以看到，在bind的时候，第一个位置是TestFunc，除了这个，参数的第一个位置为占位符std::placeholders::_2，这就表示，调用bindFunc3的时候，它的第二个参数和TestFunc的第一个参数匹配，以此类推。

以下是使用std::bind的一些需要注意的地方：

bind预先绑定的参数需要传具体的变量或值进去，对于预先绑定的参数，是pass-by-value的；
对于不事先绑定的参数，需要传std::placeholders进去，从_1开始，依次递增。placeholder是pass-by-reference的；
bind的返回值是可调用实体，可以直接赋给std::function对象；
对于绑定的指针、引用类型的参数，使用者需要保证在可调用实体调用之前，这些参数是可用的；
类的this可以通过对象或者指针来绑定。

为什么要使用std::bind

当我们厌倦了使用std::bind1st和std::bind2nd的时候，现在有了std::bind，你完全可以放弃使用std::bind1st和std::bind2nd了。std::bind绑定的参数的个数不受限制，绑定的具体哪些参数也不受限制，由用户指定，这个bind才是真正意义上的绑定。

在Cocos2d-x中，我们可以看到，使用std::bind生成一个可调用对象，这个对象可以直接赋值给std::function对象；在类中有一个std::function的变量，这个std::function由std::bind来赋值，而std::bind绑定的可调用对象可以是Lambda表达式或者类成员函数等可调用对象，这个是Cocos2d-x中的一般用法。

以后遇到了“奇葩”用法再继续总结了，一次也总结不完的。

又是一篇总结怎么使用的文章，如果你觉的看的不过瘾，觉的我的文章写的不痛不痒的，还想看点更深的东西，比如std::bind是如何实现的啊？好吧，这篇文章确实没有说这些深层次的东西，推荐这篇文章《bind原理图释》，希望这篇文章能满足你哦。

std::ref, std::cref

C++本身有引用（&），为什么C++11又引入了std::ref（或者std::cref）？

主要是考虑函数式编程（**如std::bind、std::thread）**在使用时，是对参数直接拷贝，而不是引用。std::bind()是一个函数模板，它的原理是根据已有的模板，生成一个函数，但是由于bind()不知道生成的函数执行的时候，传递进来的参数是否还有效。所以它选择参数值传递而不是引用传递。如果想引用传递，std::ref和std::cref就派上用场了。如下例子：

#include <functional>
#include <iostream>void f(int& n1, int& n2, const int& n3)
{std::cout << "In function: " << n1 << ' ' << n2 << ' ' << n3 << '\n';++n1; // increments the copy of n1 stored in the function object++n2; // increments the main()'s n2// ++n3; // compile error
}int main()
{int n1 = 1, n2 = 2, n3 = 3;std::function<void()> bound_f = std::bind(f, n1, std::ref(n2), std::cref(n3));n1 = 10;n2 = 11;n3 = 12;std::cout << "Before function: " << n1 << ' ' << n2 << ' ' << n3 << '\n';bound_f();std::cout << "After function: " << n1 << ' ' << n2 << ' ' << n3 << '\n';
}

输出：

Before function: 10 11 12
In function: 1 11 12
After function: 10 12 12

上述代码在执行std::bind后，在函数f()中n1的值仍然是1，n2和n3改成了修改的值。说明std::bind使用的是参数的拷贝而不是引用。具体为什么std::bind不使用引用，可能确实有一些需求，使得C++11的设计者认为默认应该采用拷贝，如果使用者有需求，加上std::ref即可。