std::bind接口与实现
2020-04-05 16:00:35来源:博客园 阅读 ()
std::bind接口与实现
前言
最近想起半年前鸽下来的Haskell,重温了一下忘得精光的语法,读了几个示例程序,挺带感的,于是函数式编程的草就种得更深了。又去Google了一下C++与FP,找到了一份近乎完美的讲义,然后被带到C++20的ranges library,对即将发布的C++20满怀憧憬。此时,我猛然间意识到,看别人做,觉得自己也能做好,在游戏界叫云玩家,在编程界就叫云程序员啊!
不行,得找点事干。想起同样被我鸽了很久的<functional>
系列,刚好与函数式编程搭点边,就动笔写吧!这就是本文的来历。
找来GCC 8.1.0的标准库,在<functional>
中找到了std::bind
的实现。花了好长时间终于读懂了,原来std::bind
的原理一点都不复杂。此外,std::bind
的实现依赖于std::tuple
,本文理应从后者开始讲起,但是又看了看<tuple>
的长度和难度,写std::tuple
未免喧宾夺主了。所以,本文将聚焦于std::bind
的实现,其他标准库组件就当现成的来用了。
接口
你能点开这篇文章,说明你一定明白std::bind
是干什么用的,以及应该怎么用,我就不赘述了。简而言之,std::bind
用于给一个可调用对象绑定参数。可调用对象包括函数对象(仿函数)、函数指针、函数引用、成员函数指针和数据成员指针。绑定的参数可以是实际的参数,也可以是std::placeholders::_1
等占位符。std::bind
返回一个函数对象,称为“bind表达式”,它被调用时,先前绑定的可调用对象被调用,参数为在std::bind
中绑定的参数,占位符用调用函数对象时传入的参数替换,_1
表示第一个参数,从1开始计数。调用时多余的参数会被求值然后忽略。
很抽象吧?看个例子:
#include <functional>
using namespace std::placeholders;
void f(int a, int b, int c, int d) { }
int main()
{
auto g = std::bind(f, 42, _2, _1, 233);
g(404, 10086, 114514);
}
这相当于调用f(42, 10086, 404, 233);
。
我终究还是赘述了,那就让赘述有点意义吧。明确两个概念:绑定参数,指调用std::bind
时传入的除第一个可调用对象以外的参数;调用参数,指调用std::bind
返回的函数对象时传入的参数。
有三个你可能不知道的细节:
-
调用可调用对象时,绑定参数被
std::move
,调用参数被std::forward
,你得根据可调用对象的行为来判断std::bind
返回的函数对象是否可以多次调用。 -
绑定参数可以是bind表达式,占位符被替换为外层的调用参数,相当于用调用参数来调用这个bind表达式,求值后用来调用外层bind表达式——我是在读源码读到一半一脸懵逼的时候才知道这件事的。这与可调用对象被
std::bind
以后可以再std::bind
并不冲突,因为bind表达式一个是作为绑定参数,另一个是作为可调用对象。 -
std::bind
有个重载,可以用模板参数指定bind表达式的operator()
的返回类型。
下面的程序演示了后两个功能:
#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std::placeholders;
class A
{
public:
A(int i) : i(i) { }
friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, const A&);
private:
int i;
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const A& a)
{
os << "A: " << a.i;
return os;
}
int main()
{
auto f = std::bind<A>(std::plus<int>(), 1, std::bind(std::multiplies<int>(), 2, _1));
std::cout << f(3) << std::endl;
}
程序输出A: 7
。
还有两个type traits:std::is_bind_expression
,对std::bind
的返回类型其value
为true
;std::is_placeholder
,对std::placeholders::_1
的类型其value
为1
,以此类推。
实现
终于步入正题了。std::bind
的实现原理并不复杂,但是标准库要考虑各种奇葩情况,比如volatile
和可变参数(如std::printf
,而非变参模板)等,代码就变长了很多(典型的有std::is_function)。
为了讲解与理解的方便,我把std::bind
的实现分成5个层次:
-
工具:
is_bind_expression
、is_placeholder
、namespace std::placeholders
、_Safe_tuple_element_t
和__volget
,前两个用于模板偏特化; -
_Mu
:4种情况,分类讨论; -
_Bind
:_Bind
和_Bind_result
,std::bind
的返回类型; -
辅助:
_Bind_check_arity
、__is_socketlike
、_Bind_helper
和_Bindres_helper
; -
std::bind
本尊。
总体上,_Bind
保存可调用对象和绑定参数,_Mu
把绑定参数转换为实际参数。
工具
/**
* @brief Determines if the given type _Tp is a function object that
* should be treated as a subexpression when evaluating calls to
* function objects returned by bind().
*
* C++11 [func.bind.isbind].
* @ingroup binders
*/
template<typename _Tp>
struct is_bind_expression
: public false_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<_Bind<_Signature> >
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<const _Bind<_Signature> >
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<volatile _Bind<_Signature> >
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<const volatile _Bind<_Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<_Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<const _Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<volatile _Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<const volatile _Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/** @brief The type of placeholder objects defined by libstdc++.
* @ingroup binders
*/
template<int _Num> struct _Placeholder { };
/** @namespace std::placeholders
* @brief ISO C++11 entities sub-namespace for functional.
* @ingroup binders
*/
namespace placeholders
{
/* Define a large number of placeholders. There is no way to
* simplify this with variadic templates, because we're introducing
* unique names for each.
*/
extern const _Placeholder<1> _1;
extern const _Placeholder<2> _2;
extern const _Placeholder<3> _3;
extern const _Placeholder<4> _4;
extern const _Placeholder<5> _5;
extern const _Placeholder<6> _6;
extern const _Placeholder<7> _7;
extern const _Placeholder<8> _8;
extern const _Placeholder<9> _9;
extern const _Placeholder<10> _10;
extern const _Placeholder<11> _11;
extern const _Placeholder<12> _12;
extern const _Placeholder<13> _13;
extern const _Placeholder<14> _14;
extern const _Placeholder<15> _15;
extern const _Placeholder<16> _16;
extern const _Placeholder<17> _17;
extern const _Placeholder<18> _18;
extern const _Placeholder<19> _19;
extern const _Placeholder<20> _20;
extern const _Placeholder<21> _21;
extern const _Placeholder<22> _22;
extern const _Placeholder<23> _23;
extern const _Placeholder<24> _24;
extern const _Placeholder<25> _25;
extern const _Placeholder<26> _26;
extern const _Placeholder<27> _27;
extern const _Placeholder<28> _28;
extern const _Placeholder<29> _29;
}
/**
* @brief Determines if the given type _Tp is a placeholder in a
* bind() expression and, if so, which placeholder it is.
*
* C++11 [func.bind.isplace].
* @ingroup binders
*/
template<typename _Tp>
struct is_placeholder
: public integral_constant<int, 0>
{ };
/**
* Partial specialization of is_placeholder that provides the placeholder
* number for the placeholder objects defined by libstdc++.
* @ingroup binders
*/
template<int _Num>
struct is_placeholder<_Placeholder<_Num> >
: public integral_constant<int, _Num>
{ };
template<int _Num>
struct is_placeholder<const _Placeholder<_Num> >
: public integral_constant<int, _Num>
{ };
#if __cplusplus > 201402L
template <typename _Tp> inline constexpr bool is_bind_expression_v
= is_bind_expression<_Tp>::value;
template <typename _Tp> inline constexpr int is_placeholder_v
= is_placeholder<_Tp>::value;
#endif // C++17
// Like tuple_element_t but SFINAE-friendly.
template<std::size_t __i, typename _Tuple>
using _Safe_tuple_element_t
= typename enable_if<(__i < tuple_size<_Tuple>::value),
tuple_element<__i, _Tuple>>::type::type;
// std::get<I> for volatile-qualified tuples
template<std::size_t _Ind, typename... _Tp>
inline auto
__volget(volatile tuple<_Tp...>& __tuple)
-> __tuple_element_t<_Ind, tuple<_Tp...>> volatile&
{ return std::get<_Ind>(const_cast<tuple<_Tp...>&>(__tuple)); }
// std::get<I> for const-volatile-qualified tuples
template<std::size_t _Ind, typename... _Tp>
inline auto
__volget(const volatile tuple<_Tp...>& __tuple)
-> __tuple_element_t<_Ind, tuple<_Tp...>> const volatile&
{ return std::get<_Ind>(const_cast<const tuple<_Tp...>&>(__tuple)); }
这里好像没什么值得讲解的呢,注释都写得很清楚啦。
_Mu
/**
* Maps an argument to bind() into an actual argument to the bound
* function object [func.bind.bind]/10. Only the first parameter should
* be specified: the rest are used to determine among the various
* implementations. Note that, although this class is a function
* object, it isn't entirely normal because it takes only two
* parameters regardless of the number of parameters passed to the
* bind expression. The first parameter is the bound argument and
* the second parameter is a tuple containing references to the
* rest of the arguments.
*/
template<typename _Arg,
bool _IsBindExp = is_bind_expression<_Arg>::value,
bool _IsPlaceholder = (is_placeholder<_Arg>::value > 0)>
class _Mu;
/**
* If the argument is reference_wrapper<_Tp>, returns the
* underlying reference.
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 1.
*/
template<typename _Tp>
class _Mu<reference_wrapper<_Tp>, false, false>
{
public:
/* Note: This won't actually work for const volatile
* reference_wrappers, because reference_wrapper::get() is const
* but not volatile-qualified. This might be a defect in the TR.
*/
template<typename _CVRef, typename _Tuple>
_Tp&
operator()(_CVRef& __arg, _Tuple&) const volatile
{ return __arg.get(); }
};
/**
* If the argument is a bind expression, we invoke the underlying
* function object with the same cv-qualifiers as we are given and
* pass along all of our arguments (unwrapped).
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 2.
*/
template<typename _Arg>
class _Mu<_Arg, true, false>
{
public:
template<typename _CVArg, typename... _Args>
auto
operator()(_CVArg& __arg,
tuple<_Args...>& __tuple) const volatile
-> decltype(__arg(declval<_Args>()...))
{
// Construct an index tuple and forward to __call
typedef typename _Build_index_tuple<sizeof...(_Args)>::__type
_Indexes;
return this->__call(__arg, __tuple, _Indexes());
}
private:
// Invokes the underlying function object __arg by unpacking all
// of the arguments in the tuple.
template<typename _CVArg, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
auto
__call(_CVArg& __arg, tuple<_Args...>& __tuple,
const _Index_tuple<_Indexes...>&) const volatile
-> decltype(__arg(declval<_Args>()...))
{
return __arg(std::get<_Indexes>(std::move(__tuple))...);
}
};
/**
* If the argument is a placeholder for the Nth argument, returns
* a reference to the Nth argument to the bind function object.
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 3.
*/
template<typename _Arg>
class _Mu<_Arg, false, true>
{
public:
template<typename _Tuple>
_Safe_tuple_element_t<(is_placeholder<_Arg>::value - 1), _Tuple>&&
operator()(const volatile _Arg&, _Tuple& __tuple) const volatile
{
return
::std::get<(is_placeholder<_Arg>::value - 1)>(std::move(__tuple));
}
};
/**
* If the argument is just a value, returns a reference to that
* value. The cv-qualifiers on the reference are determined by the caller.
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 4.
*/
template<typename _Arg>
class _Mu<_Arg, false, false>
{
public:
template<typename _CVArg, typename _Tuple>
_CVArg&&
operator()(_CVArg&& __arg, _Tuple&) const volatile
{ return std::forward<_CVArg>(__arg); }
};
_Mu
类模板用于转换绑定参数,该调用的调用,该替换的替换。_Mu
其实只起到函数模板的作用,但是函数模板不能偏特化,就只能写成类了。因此,_Mu
只有默认的构造函数,实例都是当即使用的(_Mu<T>()(...)
)。
_Mu
有三个参数:_Arg
是一个绑定参数的类型;_IsBindExp
指示它是否是bind表达式,之前提到这里的bind表达式需要求值后才能使用,这是一种特殊情况;_IsPlaceholder
指示它是否是一个占位符,占位符需要替换,这也是一种特殊情况。后两个参数用于偏特化,别处使用时只写第一个参数。
_Mu<T>::operator()
有统一的接口:第一个参数是_CVArg
类型的,满足typename std::decay<_CVArg>::type
等于_Arg
,&&
是通用引用,虽然_CVArg
的类型是可以穷举的,但是写成模板就把左值、右值、const
、volatile
等情况一并处理掉了;第二个参数是_Tuple
类型,是调用参数转发组成的std::tuple
。
至于operator()
要做什么工作,就要分情况讨论了:
-
第一种情况,当
_Arg
匹配到reference_wrapper<_Tp>
时,operator()
要做的仅仅是把reference_wrapper
包装的引用拿出来。 -
第二种情况,
_Arg
是bind表达式,把std::tuple
展开后给它调用。展开过程挺有意思的。假设
sizeof...(_Args) == 3
,类型_Indexes
就是_Index_tuple<0, 1, 2>
(这可以用模板元编程来实现),__call
的模板参数_Indexes
是0, 1, 2
,对__arg
的调用展开为:__arg(std::get<0>(std::move(__tuple)), std::get<1>(std::move(__tuple)), std::get<2>(std::move(__tuple)))
,3个参数的类型分别是(std::decay
后)_Tuple
的第0、1、2个模板参数,刚好就是调用参数的类型,与接口相符。注意
_Arg
是_Bind
或_Bind_result
的一个实例,这里只是去调用bind表达式,没有深入到里面的嵌套bind表达式和占位符替换(禁止套娃)。 -
第三种情况,
_Arg
是占位符,就返回调用参数中对应的那个。占位符从1开始编号,std::tuple
从0开始编号,所以要减去1。当占位符超过调用参数数量时,比如绑定参数有_3
而调用参数只有2个,std::get
会报错(但是我没理解_Safe_tuple_element_t
的意义)。 -
第四种情况,
_Arg
啥都匹配不上,它就是一个普普通通的值,直接转发它即可。
_Bind
/// Type of the function object returned from bind().
template<typename _Signature>
struct _Bind;
template<typename _Functor, typename... _Bound_args>
class _Bind<_Functor(_Bound_args...)>
: public _Weak_result_type<_Functor>
{
typedef typename _Build_index_tuple<sizeof...(_Bound_args)>::__type
_Bound_indexes;
_Functor _M_f;
tuple<_Bound_args...> _M_bound_args;
// Call unqualified
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>)
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
// Call as const
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call_c(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) const
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
// Call as volatile
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call_v(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) volatile
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
// Call as const volatile
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call_c_v(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) const volatile
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
template<typename _BoundArg, typename _CallArgs>
using _Mu_type = decltype(
_Mu<typename remove_cv<_BoundArg>::type>()(
std::declval<_BoundArg&>(), std::declval<_CallArgs&>()) );
template<typename _Fn, typename _CallArgs, typename... _BArgs>
using _Res_type_impl
= typename result_of< _Fn&(_Mu_type<_BArgs, _CallArgs>&&...) >::type;
template<typename _CallArgs>
using _Res_type = _Res_type_impl<_Functor, _CallArgs, _Bound_args...>;
template<typename _CallArgs>
using __dependent = typename
enable_if<bool(tuple_size<_CallArgs>::value+1), _Functor>::type;
template<typename _CallArgs, template<class> class __cv_quals>
using _Res_type_cv = _Res_type_impl<
typename __cv_quals<__dependent<_CallArgs>>::type,
_CallArgs,
typename __cv_quals<_Bound_args>::type...>;
public:
template<typename... _Args>
explicit _Bind(const _Functor& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(__f), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
template<typename... _Args>
explicit _Bind(_Functor&& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(std::move(__f)), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
_Bind(const _Bind&) = default;
_Bind(_Bind&& __b)
: _M_f(std::move(__b._M_f)), _M_bound_args(std::move(__b._M_bound_args))
{ }
// Call unqualified
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type<tuple<_Args...>>>
_Result
operator()(_Args&&... __args)
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type_cv<tuple<_Args...>, add_const>>
_Result
operator()(_Args&&... __args) const
{
return this->__call_c<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
#if __cplusplus > 201402L
# define _GLIBCXX_DEPR_BIND \
[[deprecated("std::bind does not support volatile in C++17")]]
#else
# define _GLIBCXX_DEPR_BIND
#endif
// Call as volatile
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type_cv<tuple<_Args...>, add_volatile>>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
_Result
operator()(_Args&&... __args) volatile
{
return this->__call_v<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const volatile
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type_cv<tuple<_Args...>, add_cv>>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
_Result
operator()(_Args&&... __args) const volatile
{
return this->__call_c_v<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
};
/// Type of the function object returned from bind<R>().
template<typename _Result, typename _Signature>
struct _Bind_result;
template<typename _Result, typename _Functor, typename... _Bound_args>
class _Bind_result<_Result, _Functor(_Bound_args...)>
{
typedef typename _Build_index_tuple<sizeof...(_Bound_args)>::__type
_Bound_indexes;
_Functor _M_f;
tuple<_Bound_args...> _M_bound_args;
// sfinae types
template<typename _Res>
using __enable_if_void
= typename enable_if<is_void<_Res>{}>::type;
template<typename _Res>
using __disable_if_void
= typename enable_if<!is_void<_Res>{}, _Result>::type;
// Call unqualified
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>)
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call unqualified, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>)
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) const
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) const
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as volatile
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) volatile
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as volatile, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) volatile
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const volatile
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) const volatile
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const volatile, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) const volatile
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
public:
typedef _Result result_type;
template<typename... _Args>
explicit _Bind_result(const _Functor& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(__f), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
template<typename... _Args>
explicit _Bind_result(_Functor&& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(std::move(__f)), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
_Bind_result(const _Bind_result&) = default;
_Bind_result(_Bind_result&& __b)
: _M_f(std::move(__b._M_f)), _M_bound_args(std::move(__b._M_bound_args))
{ }
// Call unqualified
template<typename... _Args>
result_type
operator()(_Args&&... __args)
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const
template<typename... _Args>
result_type
operator()(_Args&&... __args) const
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as volatile
template<typename... _Args>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
result_type
operator()(_Args&&... __args) volatile
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const volatile
template<typename... _Args>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
result_type
operator()(_Args&&... __args) const volatile
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
};
#undef _GLIBCXX_DEPR_BIND
这一段就开始啰嗦了,但也没有办法,const
加倍,volatile
再加倍。有些地方还要考虑&
、&&
和noexcept
,以至于不得不用宏来定义。还好C++只有这几个修饰符。
回到正题。_Bind
包含两个成员,可调用对象和绑定的参数,后者包在一个std::tuple
中保存。构造函数把可调用对象拷贝或移动进来,绑定参数转发进来保存。_Bind
类支持拷贝和移动,行为都是默认的。
_Bound_indexes
与_Mu<_Arg, true, false>
中的_Indexes
相同,__call
中的调用也与_Mu<_Arg, true, false>::operator()
类似,不过不是用括号调用,而是用std::invoke
,这把函数对象和成员指针等不同调用格式统一了起来。
有或没有cv修饰符的__call
和operator()
大体上相同,无非是参数和返回类型有些许区别。为了方便表示这些大同小异的类型,_Bind
类中定义了一些工具:
-
_Mu_type
把绑定参数类型转换为实际参数类型; -
_Res_type_impl
定义返回类型,在不指定返回类型的std::bind
中,返回类型是自动推导的; -
_Res_type
定义可调用对象没有加cv修饰符时的返回类型; -
_Res_type_cv
定义可调用对象加了cv修饰符时的返回类型。cv修饰符共有3种组合,_Res_type_cv
用模板参数__cv_quals
来区分,模板里套模板,嗯,有内味了!我第一次见到这种操作时,跟当初学函数指针时一样激动——等等,__cv_quals
不也是函数一样的东西作为参数吗?
定义好了这些类型,4种__call
和operator()
就很容易实现了,这在_Mu
的bind表达式的情况中已经分析过了。
_Bind_result
略有不同,既然返回类型已经规定好了,就不用各种定义了,但是又多出对void
的讨论。在返回类型为void
的函数中,你可以返回一个返回类型为void
的表达式(但是不能直接return void;
),但是你不能返回一个非void
表达式,因此std::bind<void>
是一种特殊情况,_Bind_result
对_Result
为void
需要专门的处理。
__enable_if_void
和__disable_if_void
分别在_Res
是和不是void
的时候有意义。每种__call
函数都有两个,返回__disable_if_void<_Res>
的有return
语句,另一个没有。对于特定的_Result
,两个函数中总是恰好有一个合法,根据SFINAE,另一个被忽略,void
的情况就是这么处理的。
辅助
template<typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity { };
template<typename _Ret, typename... _Args, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity<_Ret (*)(_Args...), _BoundArgs...>
{
static_assert(sizeof...(_BoundArgs) == sizeof...(_Args),
"Wrong number of arguments for function");
};
template<typename _Ret, typename... _Args, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity<_Ret (*)(_Args......), _BoundArgs...>
{
static_assert(sizeof...(_BoundArgs) >= sizeof...(_Args),
"Wrong number of arguments for function");
};
template<typename _Tp, typename _Class, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity<_Tp _Class::*, _BoundArgs...>
{
using _Arity = typename _Mem_fn<_Tp _Class::*>::_Arity;
using _Varargs = typename _Mem_fn<_Tp _Class::*>::_Varargs;
static_assert(_Varargs::value
? sizeof...(_BoundArgs) >= _Arity::value + 1
: sizeof...(_BoundArgs) == _Arity::value + 1,
"Wrong number of arguments for pointer-to-member");
};
// Trait type used to remove std::bind() from overload set via SFINAE
// when first argument has integer type, so that std::bind() will
// not be a better match than ::bind() from the BSD Sockets API.
template<typename _Tp, typename _Tp2 = typename decay<_Tp>::type>
using __is_socketlike = __or_<is_integral<_Tp2>, is_enum<_Tp2>>;
template<bool _SocketLike, typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_helper
: _Bind_check_arity<typename decay<_Func>::type, _BoundArgs...>
{
typedef typename decay<_Func>::type __func_type;
typedef _Bind<__func_type(typename decay<_BoundArgs>::type...)> type;
};
// Partial specialization for is_socketlike == true, does not define
// nested type so std::bind() will not participate in overload resolution
// when the first argument might be a socket file descriptor.
template<typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_helper<true, _Func, _BoundArgs...>
{ };
template<typename _Result, typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bindres_helper
: _Bind_check_arity<typename decay<_Func>::type, _BoundArgs...>
{
typedef typename decay<_Func>::type __functor_type;
typedef _Bind_result<_Result,
__functor_type(typename decay<_BoundArgs>::type...)>
type;
};
_Bind_check_arity
检查参数数量:当可调用对象是函数或类成员时,可以检查绑定参数与可调用对象需要的参数是否匹配;如果函数是变参的,绑定参数数量得大于等于函数参数数量;如果是类成员,还要加上1作为this
指针。_Bind_helper
继承_Bind_check_arity
,实例化时会检查参数数量,如果错误的话编译器会输出static_assert
错误,这样比较好看。(你敢直面模板错误吗?)
__is_socketlike
用于消除重载:BSD套接字API中有::bind
函数,其第一个参数是整型或枚举,不可能是可调用对象。当_Bind_helper
的第一个模板参数为true
时,类中没有定义type
类型,根据SFINAE,bind
调用匹配到::bind
。
bind
/**
* @brief Function template for std::bind.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Func, typename... _BoundArgs>
inline typename
_Bind_helper<__is_socketlike<_Func>::value, _Func, _BoundArgs...>::type
bind(_Func&& __f, _BoundArgs&&... __args)
{
typedef _Bind_helper<false, _Func, _BoundArgs...> __helper_type;
return typename __helper_type::type(std::forward<_Func>(__f),
std::forward<_BoundArgs>(__args)...);
}
/**
* @brief Function template for std::bind<R>.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Func, typename... _BoundArgs>
inline
typename _Bindres_helper<_Result, _Func, _BoundArgs...>::type
bind(_Func&& __f, _BoundArgs&&... __args)
{
typedef _Bindres_helper<_Result, _Func, _BoundArgs...> __helper_type;
return typename __helper_type::type(std::forward<_Func>(__f),
std::forward<_BoundArgs>(__args)...);
}
把可调用对象转发进_Bind
或_Bind_result
并返回,这就是std::bind
的工作。
展望
-
对C++的展望:lambda、
std::function
、std::bind
都是C++用以支持函数式范式的工具,而对数据的函数式处理,还需借由Boost.Range或在C++20中标准化的namespace std::ranges
来完成。 -
对本文的展望:
-
正如前言所述,
std::tuple
的实现是std::bind
的实现中的主体,我应该再开一篇来讲std::tuple
的原理; -
对于一个想深入了解
std::bind
的读者来说,带着他欣赏源码可能不如手把手写一遍来得有效。我实现过、扩展过std::function
,可惜C++模板学艺不精,眼下还不能把实现中的每个细节都讲明白。很巧的是就在刚才,学校里的老师问我要删减的论文,被删减的附录中就包括一个std::function
的扩展,等有机会再写吧。
-
-
对我的展望:学模板、学FP。
原文链接:https://www.cnblogs.com/jerry-fuyi/p/12633621.html
如有疑问请与原作者联系
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