С++ 11, std::function, неясность с параметрами шаблона

#cpp #cpp11

В документации на cppreference указаны некоторые интересности:
Для начала определения простой функции и простой структуры, они нужны для примера,
как леммы в теоремах:

struct Foo {
    Foo(int num) : num_(num) {}
    void print_add(int i) const { std::cout << num_+i << '\n'; }
    int num_;
};

void print_num(int i) {
    std::cout << i << '\n';
}


Далее идет объявление:

std::function f_display = print_num;


Интересует меня параметр шаблона, я подумал: "это тип функции? ", так как еще ни
разу нигде не видел круглые скобки в параметре шаблона.

Но далее идет еще одна интересность:

std::function f_add_display = &Foo::print_add;


метод Foo::print_add принимает на вход int, что это за параметр шаблона

Какой это тип? Т.е. какое общее название для таких типов? Там это не написано. И
я это не могу нагуглить. Я понимаю что это объект назначения,  он содержит вызов функции
(указатель на метод и аргумент), но какую роль тут играют круглые скобки? Я не могу
просто основываться на логике, тут нужно прочитать.

Мне необязательно разжевывать, будет достаточно указать что гуглить чтобы знать об
этом поподробнее, или просто дать ссылку на нужную литературу.
    

Ответы

Ответ 1

Как мне кажется, вопрос всё же не столько по std::function, сколько по аргументу
шаблона, у которого внутри используются круглые скобки.


  Интересует меня параметр шаблона, я подумал: "это тип функции?"


Да. Это именно тип функции. К тому же такая запись типа разрешена с незапамятных
времен. Но использовалось в таком виде не часто. Чаще приходилось наблюдать тип "указатель
на функцию", заданный обычно при помощи typedef. Например:

typedef void(*FP)(int); 


В данном случае FP - тип, который есть "указатель на функцию, возвращающую void и
принимающую int". 

Одновременно можно задать тип F - "функция, возвращающая void и принимающую int":

typedef void(F)(int); // скобки вокруг F необязательны


При этом тип F* это будет то же самое, что FP. Т.е. везде, где используется FP можно
использовать F*. Например:

void func(int);
FP fp1 = &func;
F* fp2 = &func;
fp2 = fp1; 


Возвращаемся теперь к шаблонам. Для некоего шаблонного класса C:

template 
class C { };


можно завести тип C, или, аналогичный в интересуемой нас записи с круглыми скобками
C. Несложно убедиться, что эти типы эквиваленты.

С принятием c++11 форму со скобочками можно использовать и в using:

using F2 = void(int);


Тип F2 будет эквивалентен типу F.



Скажу несколько слов по поводу второго примера из вопроса, т.е. уже относительно
std::function.  

Тип выражения &Foo::print_add есть void(Foo::*)(int) (указатель на функцию-член)
и в явном виде он не может быть преобразован к void(const Foo&, int) (указатель на
свободную функцию), который задан в качестве шаблонного типа. Однако реализация std::function
допускает такое преобразование (это регламентировано Стандартом (п.20.12.2 черновика)),
и т.о. справа от = может стоять как указатель на упомянутую функцию-член, так и на
свободную функцию вида void FreeFunction(const Foo&, int). В данном случае определение
INVOKE (которое присутствует в описании std::function) разворачивается либо в (t1.*f)(t2,
..., tN) (вызов функции-члена), либо в f(t1, t2, ..., tN) (вызов свободной функции).


Ответ 2

Интересует меня параметр шаблона, я подумал: "это тип функции?


Это callable object, т.е. любая функция или функтор.

Если мы передаем в std::function указатель на нестатическую функцию-член, то мы можем
указать объект-контекст вызова, на котором эту функцию требуется вызвать. (Почти как
call в JavaScript)

Почитать можно здесь


  If the target is a pointer to a non-static member function, it is
  called using the first argument as the object on which the member is
  called (this may either be an object, a reference, or a pointer to
  it), and the remaining arguments are forwarded as arguments for the
  member function.


Ответ 3

Этот тип параметра называется "функция с заданным прототипом" aka "сущность, которую
можно вызвать". Англоязычный SO по той же теме

То есть это вот void(int) внутри std::function - прямое указание - шаблон
хочет кушать функцию с прототипом void(int).

Далее. Чтобы функтор создался из нестатического метода, нужно иметь ссылку на объект
и указатель на метод. Вот они:

std::function f_add_display = &Foo::print_add;


Первый параметр = константная ссылка на объект Foo, второй параметр - это уже первый
аргумент метода Foo::print_add.

Фактически, нестатический метод класса отличается от статического тем, что в него
неявным образом (нулевым параметром), передается ссылка на объект, для которого мы
метод вызываем.

Когда мы захватываем метод в функтор, мы вместе с ним должны передать функтору и
конкретный экземпляр класса.


Ответ 4

Тип функции существует с момента C89. Для выражения с типом функция разрешено только
две операции - конвертирование в указатель на функцию и вызов функции.


  typedef void(*FPtr)(int);


В данном случае FPtr - тип, который есть 
"указатель на функцию, возвращающую void и принимающую int с соглашением по вызову
её регламентированный соглашением о вызовах (calling convention) C++"

Ниже пример реализации собственного std::function для глобальных функций:

template 
struct SmallWrapper
{
public:
    SmallWrapper(T theFunc) : func(theFunc){}
    T* func;
};

void test() {
    puts("test");
}

int main()
{
    SmallWrapper w(test);
    return 0'
}