C++11中std::mem_fn的用法

本篇內容介紹了“C++11中std::mem_fn的用法”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

目錄

• 1、源碼準備
  

• 2、通過一個簡單的例子來了解std::mem_fn的作用
  

• 3、std::mem_fn源碼解析
  

• 3.1、std::mem_fn解析
  

• 3.2、std::_Mem_fn解析
  

• 3.3、在代碼中正確使用std::_Mem_fn
  

• 4、總結
  

1、源碼準備

本文是基于gcc-4.9.0的源代碼進行分析，std::mem_fn是C++11才加入標準的，所以低版本的gcc源碼是沒有std::mem_fn的，建議選擇4.9.0或更新的版本去學習，不同版本的gcc源碼差異應該不小，但是原理和設計思想的一樣的，下面給出源碼下載地址
http://ftp.gnu.org/gnu/gcc

2、通過一個簡單的例子來了解std::mem_fn的作用

算法是C++標準庫中非常重要的組成部分，C++通過算法+容器的方式將數據結構和算法進行了分離，這樣可以使用戶編寫代碼的時候獲得最大限度的靈活性。假設我們有如下類：

class Age
{
public:
    Age(int v)
        :m_age(v)
    {
    }

    bool compare(const Age& t) const
    {
        return m_age < t.m_age;
    }

    int m_age;
};

我們可以非常方便地使用vector來保存Age對象，如下：

std::vector<Age> ages{1, 7, 19, 27, 39, 16, 13, 18};

然后非常方便的利用排序算法進行排序

std::sort(ages.begin(), ages.end(), compare);

代碼中的compare是額外定義的一個比較函數，通過這個函數來選擇比較的對象并決定比較的結果

bool compare(const Age& t1, const Age& t2)
{
    return t1.compare(t2);
}

嚴格來講，算法中要求的并不是函數，而是一個可調用對象。C++中的可調用對象包括函數、函數對象、Lambda表達式、參數綁定等等，它們都可以作為算法的傳入參數，但是如果我們按如下來傳入參數的話，則會在編譯過程中出現錯誤

std::sort(ages.begin(), ages.end(), &Age::compare);

因為&Age::compare是類成員函數，并非一個可調用對象，如果我們要將它作為比較的參數傳遞進去的話，就得用std::mem_fn修飾它，如下所示

std::sort(ages.begin(), ages.end(), std::mem_fn(&Age::compare));

從上面的例子可以看到，std::mem_fn的作用就是將類的成員函數轉換為一個可調用對象，那么問題來了，std::mem_fn是如何實現這種功能的呢？下面讓我們通過分析源碼，來揭開std::mem_fn的神秘面紗。

3、std::mem_fn源碼解析

3.1、std::mem_fn解析

std::mem_fn位于libstdc++-v3\include\std\functional中

template<typename _Tp, typename _Class>
inline _Mem_fn<_Tp _Class::*> mem_fn(_Tp _Class::* __pm) noexcept
{
 return _Mem_fn<_Tp _Class::*>(__pm);
}

從代碼中可知std::mem_fn是一個模板函數，傳入參數為指向_Class類里面的某個成員函數的指針，其返回值為_Tp，而該模板函數返回的值為_Mem_fn<_Tp _Class::*>，接下來看一下_Mem_fn的實現

3.2、std::_Mem_fn解析

std::_Mem_fn位于libstdc++-v3\include\std\functional中

template<typename _Res, typename _Class, typename... _ArgTypes>
class _Mem_fn<_Res (_Class::*)(_ArgTypes...)> : public _Maybe_unary_or_binary_function<_Res, _Class*, _ArgTypes...>
{
    typedef _Res (_Class::*_Functor)(_ArgTypes...);

    template<typename _Tp, typename... _Args>
    _Res _M_call(_Tp&& __object, const volatile _Class *, _Args&&... __args) const
    {
        return (std::forward<_Tp>(__object).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
    }

    template<typename _Tp, typename... _Args>
    _Res _M_call(_Tp&& __ptr, const volatile void *, _Args&&... __args) const
    {
        return ((*__ptr).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
    }

    template<typename... _Args>
    using _RequireValidArgs = _Require<_AllConvertible<_Pack<_Args...>, _Pack<_ArgTypes...>>>;

    template<typename _Tp, typename... _Args>
    using _RequireValidArgs2 = _Require<_NotSame<_Class, _Tp>, _NotSame<_Class*, _Tp>, _AllConvertible<_Pack<_Args...>, _Pack<_ArgTypes...>>>;

    template<typename _Tp, typename... _Args>
    using _RequireValidArgs3 = _Require<is_base_of<_Class, _Tp>, _AllConvertible<_Pack<_Args...>, _Pack<_ArgTypes...>>>;

public:
    typedef _Res result_type;

    explicit _Mem_fn(_Functor __pmf) : __pmf(__pmf) {}

    template<typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs<_Args...>>
    _Res operator()(_Class& __object, _Args&&... __args) const
    {
        return (__object.*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
    }

    template<typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs<_Args...>>
    _Res operator()(_Class&& __object, _Args&&... __args) const
    {
        return (std::move(__object).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
    }

    template<typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs<_Args...>>
    _Res operator()(_Class* __object, _Args&&... __args) const
    {
        return (__object->*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
    }

    template<typename _Tp, typename... _Args, typename _Req = _RequireValidArgs2<_Tp, _Args...>>
    _Res operator()(_Tp&& __object, _Args&&... __args) const
    {
        return _M_call(std::forward<_Tp>(__object), &__object,
        std::forward<_Args>(__args)...);
    }

    template<typename _Tp, typename... _Args,
    typename _Req = _RequireValidArgs3<_Tp, _Args...>>
    _Res operator()(reference_wrapper<_Tp> __ref, _Args&&... __args) const
    {
        return operator()(__ref.get(), std::forward<_Args>(__args)...);
    }

private:
    _Functor __pmf;
};

從源代碼中可以看出以下幾點信息：

• 該類繼承于_Maybe_unary_or_binary_function，由于_Maybe_unary_or_binary_function和本文分析的內容沒有太大關聯，大家可以自行百度查詢其用法，這里就不多作介紹了

• 類中有一個成員__pmf，其類型是指向上一節傳入mem_fn的那個類成員函數的指針，由構造函數初始化

• 接下來重點看一下類中六個重載的()運算符函數，里面的操作大同小異，基本都是通過__pmf對應的類的對象（多種形式）來調用__pmf成員函數的：

• 第一個函數_Res operator()(_Class& __object, _Args&&… __args)：可以看到，其比原始的類成員函數多要求了一個傳入參數，也就是__object，類型是一個類對象的引用，從函數的實現中可以看到原理就是通過這個類對象來直接調用先前那個類成員函數的（沒有這個類對象就調用不成立了，因為類成員函數是無法直接調用的，這也是std::mem_fn存在的意義）

• 第二個函數_Res operator()(_Class&& __object, _Args&&… __args)：可以看到該方法第一個傳入參數是一個右值引用對象，里面的實現就是通過std::move將對象進行轉移而已，其它處理與前面是完全一樣的

• 第三個函數_Res operator()(_Class* __object, _Args&&… __args)：可以看到該方法傳入了一個對象指針，其它處理與前面是完全一樣的

• 第五個函數_Res operator()(reference_wrapper<_Tp> __ref, _Args&&… __args)：可以看到該方法傳入了一個被std::reference_wrapper包裝的引用，流程和前面的基本一致，比較簡單，這里就不多作分析了（關于std::reference_wrapper的問題大家可以看一下這篇文章《C++11的std::ref、std::cref源碼解析》，里面有通過源碼分析對std::reference_wrapper作出了詳細的介紹，這里就不重復說明了）

• 第四個函數_Res operator()(_Tp&& __object, _Args&&… __args)：這個就比較復雜了，這個函數是為了處理傳入參數是智能指針或者派生類對象的一個情況的。可以看到函數里調用了_M_call方法，第二個參數看似可有可無，其實是為了用于給_M_call區分傳入參數類型是一個智能指針還是一個派生類對象的

• _M_call實現如下，可以看到，第一個重載的形式是處理派生類對象的，第二個重載的形式是處理智能指針的，代碼比較簡單，這里就不多作分析了，大家可以自行看一遍就明白了

template<typename _Tp, typename... _Args>
_Res _M_call(_Tp&& __object, const volatile _Class *, _Args&&... __args) const
{
    return (std::forward<_Tp>(__object).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}

template<typename _Tp, typename... _Args>
_Res _M_call(_Tp&& __ptr, const volatile void *, _Args&&... __args) const
{
    return ((*__ptr).*__pmf)(std::forward<_Args>(__args)...);
}

3.3、在代碼中正確使用std::_Mem_fn

示例代碼如下，從上面的一大段分析可以知道，我們傳入的ages[2]就是之前一直分析的那個用于調用類成員函數的那個傳入對象，而ages[3]就是bool Age::compare(const Age& t)所需要的正常的傳入參數了，也就是上面的可變參數里面的值。至此std::mem_fn源碼也就分析完畢了

#include <functional>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

class Age
{
public:
    Age(int v)
        :m_age(v)
    {
    }

    bool compare(const Age& t) const
    {
        return m_age < t.m_age;
    }

    int m_age;
};

bool compare(const Age& t1, const Age& t2)
{
    return t1.compare(t2);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<Age> ages{1, 7, 19, 27, 39, 16, 13, 18};
    bool ret = std::mem_fn(&Age::compare)(ages[2], ages[3]);
    //std::sort(ages.begin(), ages.end(), std::mem_fn(&Age::compare));

    return 0;
}

4、總結

std::mem_fn在函數式編程中的作用是非常大的，我們可以使用std::mem_fn生成指向類成員函數的指針的包裝對象，該對象可以存儲，復制和調用指向類成員函數的指針。而我們實際使用的是std::mem_fn的返回值std::_Mem_fn這個類，而我們在調用std::_Mem_fn中重載的()方法時，可以使用類對象、派生類對象、對象引用（包括std::reference_wrapper）、對象的右值引用、指向對象的指針（包括智能指針）來作為第一個參數傳遞進去。

“C++11中std::mem_fn的用法”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！