C++17之std::invoke: 使用和原理探究(全)

2024-03-01 23:28
文章标签 c++ 使用 原理 std 17 探究 invoke

本文主要是介绍C++17之std::invoke: 使用和原理探究(全)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

1.概述

2.辅助类

3.原理分析

4.总结

1.概述

        在之前的 C++ 版本中，要调用不同类型的可调用对象，需要使用不同的语法，例如使用函数调用运算符 () 来调用函数或函数指针，使用成员访问运算符 -> 或 . 来调用成员函数。这样的语法差异导致了代码的冗余和不一致，给编写和维护代码带来了困扰。

        std::invoke 是 C++17标准库中引入的一个函数模板，它的引入就是为了解决这个问题，它提供了一种统一的调用语法，无论是调用普通函数、函数指针、类成员函数指针、仿函数、std::function、类成员还是lambda表达式，都可以使用相同的方式进行调用。

        std::invoke 的语法如下：

template <typename Fn, typename... Args>
decltype(auto) invoke(Fn&& fn, Args&&... args);

它接受一个可调用对象 fn 和相应的参数 args...，并返回调用结果。例如：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <type_traits>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';
}struct PrintNum
{void operator()(int i) const{std::cout << i << '\n';}
};int main()
{// 调用自由函数std::invoke(print_num, -9);// 调用 lambdastd::invoke([]() { print_num(42); });// 调用成员函数const Foo foo(314159);std::invoke(&Foo::print_add, foo, 1);// 调用（访问）数据成员std::cout << "num_：" << std::invoke(&Foo::num_, foo) << '\n';// 调用函数对象std::invoke(PrintNum(), 18);#if defined(__cpp_lib_invoke_r)auto add = [](int x, int y) { return x + y; };auto ret = std::invoke_r<float>(add, 11, 22);static_assert(std::is_same<decltype(ret), float>());std::cout << ret << '\n';std::invoke_r<void>(print_num, 44);
#endif
}

可能的输出：

-9
42
314160
num_：314159
18
33
44

        通过 std::invoke，我们可以在不关心可调用对象的具体类型的情况下进行调用，提高了代码的灵活性和可读性。它尤其适用于泛型编程中需要以统一方式调用各种可调用对象的场景，例如使用函数指针或成员函数指针作为模板参数的算法或容器等。

2.辅助类

        阅读后面的内容，你必须事先了解以下内容：

        1.constexpr

        2.std::is_base_of_v

        3.std::remove_cv_t

        4.std::ref和std::cref

        5.std::is_member_function_pointer

        6.std::is_member_object_pointer_v

        7.左值和右值

3.原理分析

        从上面的例子我们可以猜想，std::invoke的实现应该是根据传入的参数Fn来判断出Fn是否为可调用对象(Callable)，常见的可调用对象有：

  • function 
  • member function
  • function object
  • lambda expression
  • bind expression
  • std::function

如果是可调用对象，那肯定也需要分析出是那种可调用对象，C++涉及到的可调用对象有：

        1.普通函数，保证了对C的兼容。如：void  func(int x, int y);

        2.函数指针。和数组名一样，函数名即为函数指针。如：

	typedef void(*FType)(int); //定义一个函数指针类型Ftypevoid func(FType fn, int x) {fn(x);}

        3.类成员变量和成员函数

	class CTestabcd{public:inline int func(int a, int b) { return a + b; }public:int  m_i;};using TestFunc = int (CTestabcd::*)(int, int);using TestMember = int(CTestabcd::*);TestFunc gTestFunc = &CTestabcd::func;TestMember gTestMember = &CTestabcd::m_i;

        4.仿函数(函数对象)，即重载了operator()运算符的类对象，如：

    template <class _Ty = void>struct less {_CXX17_DEPRECATE_ADAPTOR_TYPEDEFS typedef _Ty _FIRST_ARGUMENT_TYPE_NAME;_CXX17_DEPRECATE_ADAPTOR_TYPEDEFS typedef _Ty _SECOND_ARGUMENT_TYPE_NAME;_CXX17_DEPRECATE_ADAPTOR_TYPEDEFS typedef bool _RESULT_TYPE_NAME;_NODISCARD constexpr bool operator()(const _Ty& _Left, const _Ty& _Right) const {return _Left < _Right;}};

        std::bind绑定，它是STL的配接器，用于创建一个可调用的对象，对象里面重载了operator()，也是运用了仿函数的思想，如: 

#include <iostream>  
#include <functional>  
#include <thread>  
#include <chrono>  
#include <vector>  
#include <algorithm>  void print_sum(int x, int y) {  std::cout << x + y << "\n";  
}  int main() {  std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};  auto bound_sum = std::bind(print_sum, std::placeholders::_1, 5);  // 绑定第二个参数为 5。  std::for_each(nums.begin(), nums.end(), bound_sum);  // 对于每个元素，输出它与 5 的和。  return 0;  
}

        5.lambda表达式，如：

auto f = [] { return "hello world"; }; 
cout << f() << endl; // 输出：hello world

        6.std::function, 如：

#include <iostream>
#include <functional>// std::function
std::function<int(int, int)> SumFunction;// 普通函数
int func_sum(int a, int b)
{return a + b;
}class Calcu
{
public:int base = 20;// 类的成员方法，参数包含this指针int class_func_sum(const int a, const int b) const { return this->base + a + b; };// 类的静态成员方法，不包含this指针static int class_static_func_sum(const int a, const int b) { return a + b; };
};// 仿函数
class ImitateAdd
{
public:int operator()(const int a, const int b) const { return a + b; };
};// lambda函数
auto lambda_func_sum = [](int a, int b) -> int { return a + b; };// 函数指针
int (*func_pointer)(int, int);int main(void) 
{int x = 2; int y = 5;// 普通函数SumFunction = func_sum;int sum = SumFunction(x, y);std::cout << "func_sum：" << sum << std::endl;// 类成员函数Calcu obj;SumFunction = std::bind(&Calcu::class_func_sum, obj, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2); // 绑定this对象sum = SumFunction(x, y);std::cout << "Calcu::class_func_sum：" << sum << std::endl;// 类静态函数SumFunction = Calcu::class_static_func_sum;sum = SumFunction(x, y);std::cout << "Calcu::class_static_func_sum：" << sum << std::endl;// lambda函数SumFunction = lambda_func_sum;sum = SumFunction(x, y);std::cout << "lambda_func_sum：" << sum << std::endl;// 带捕获的lambda函数int base = 10;auto lambda_func_with_capture_sum = [&base](int x, int y)->int { return x + y + base; };SumFunction = lambda_func_with_capture_sum;sum = SumFunction(x, y);std::cout << "lambda_func_with_capture_sum：" << sum << std::endl;// 仿函数ImitateAdd imitate;SumFunction = imitate;sum = SumFunction(x, y);std::cout << "imitate func：" << sum << std::endl;// 函数指针func_pointer = func_sum;SumFunction = func_pointer;sum = SumFunction(x, y);std::cout << "function pointer：" << sum << std::endl;getchar();return 0;
}

        通过上面的讲解，那我们看看std::invoke是不是这样去判断的呢？(以vs2019为蓝本)，先看看源码：

//[1]函数没有参数的调用方式
template <class _Callable>
_CONSTEXPR17 auto invoke(_Callable&& _Obj) noexcept(noexcept(static_cast<_Callable&&>(_Obj)()))-> decltype(static_cast<_Callable&&>(_Obj)()) {return static_cast<_Callable&&>(_Obj)();
}//[2]除1之外的其他调用方式
template <class _Callable, class _Ty1, class... _Types2>
_CONSTEXPR17 auto invoke(_Callable&& _Obj, _Ty1&& _Arg1, _Types2&&... _Args2) noexcept(noexcept(_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Call(static_cast<_Callable&&>(_Obj), static_cast<_Ty1&&>(_Arg1), static_cast<_Types2&&>(_Args2)...)))-> decltype(_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Call(static_cast<_Callable&&>(_Obj), static_cast<_Ty1&&>(_Arg1), static_cast<_Types2&&>(_Args2)...)) {if constexpr (_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Functor) {return static_cast<_Callable&&>(_Obj)(static_cast<_Ty1&&>(_Arg1), static_cast<_Types2&&>(_Args2)...);} else if constexpr (_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Pmf_object) {return (static_cast<_Ty1&&>(_Arg1).*_Obj)(static_cast<_Types2&&>(_Args2)...);} else if constexpr (_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Pmf_refwrap) {return (_Arg1.get().*_Obj)(static_cast<_Types2&&>(_Args2)...);} else if constexpr (_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Pmf_pointer) {return ((*static_cast<_Ty1&&>(_Arg1)).*_Obj)(static_cast<_Types2&&>(_Args2)...);} else if constexpr (_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Pmd_object) {return static_cast<_Ty1&&>(_Arg1).*_Obj;} else if constexpr (_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Pmd_refwrap) {return _Arg1.get().*_Obj;} else {static_assert(_Invoker1<_Callable, _Ty1>::_Strategy == _Invoker_strategy::_Pmd_pointer, "bug in invoke");return (*static_cast<_Ty1&&>(_Arg1)).*_Obj;}
}

从上面的代码可以看到，传入参数 _Obj 的型别判断是通过类 _Invoker1 萃取出来的，那现在来看一下_Invoker1的庐山真面目吧：

//【1】
template <class _Callable, class _Ty1, class _Removed_cvref = _Remove_cvref_t<_Callable>,bool _Is_pmf = is_member_function_pointer_v<_Removed_cvref>,bool _Is_pmd = is_member_object_pointer_v<_Removed_cvref>>
struct _Invoker1;//【2】
template <class _Callable, class _Ty1, class _Removed_cvref>
struct _Invoker1<_Callable, _Ty1, _Removed_cvref, true, false>: conditional_t<is_base_of_v<typename _Is_memfunptr<_Removed_cvref>::_Class_type, remove_reference_t<_Ty1>>,_Invoker_pmf_object,conditional_t<_Is_specialization_v<_Remove_cvref_t<_Ty1>, reference_wrapper>, _Invoker_pmf_refwrap,_Invoker_pmf_pointer>> {}; // pointer to member function//【3】
template <class _Callable, class _Ty1, class _Removed_cvref>
struct _Invoker1<_Callable, _Ty1, _Removed_cvref, false, true>: conditional_t<is_base_of_v<typename _Is_member_object_pointer<_Removed_cvref>::_Class_type, remove_reference_t<_Ty1>>,_Invoker_pmd_object,conditional_t<_Is_specialization_v<_Remove_cvref_t<_Ty1>, reference_wrapper>, _Invoker_pmd_refwrap,_Invoker_pmd_pointer>> {}; // pointer to member data//【4】
template <class _Callable, class _Ty1, class _Removed_cvref>
struct _Invoker1<_Callable, _Ty1, _Removed_cvref, false, false> : _Invoker_functor {};

1）在【1】处通过 is_member_function_pointer_v 判断是类成员函数指针，通过 is_member_object_pointer_v 判断是类成员变量

2）在【2】处指示的的是类成员函数指针，判断参数_Arg1是否为reference_wrapper类型的，即是传入对象添加了std::ref或std::cref包装。

3）在【3】处指示的是类成员变量指针，判断参数_Arg1是否为reference_wrapper类型的，即是传入对象添加了std::ref或std::cref包装。

4）在【4】处指示的是除【2】，【3】之外的函数。

型别推导出的类型有：

enum class _Invoker_strategy {_Functor,   //普通函数，仿函数，lamdba表达式, std::function等_Pmf_object, //类成员函数，传递的是对象_Pmf_refwrap, //类成员函数，传递的是用std::ref或std::cref包装了的对象_Pmf_pointer, //类成员函数，传递的是对象的指针_Pmd_object,  //类成员变量，传递的是对象_Pmd_refwrap, //类成员变量，传递的是用std::ref或std::cref包装了的对象_Pmd_pointer  //类成员变量，传递的是对象的指针
};

至此，std::invoke的实现原理很清晰了吧。

4.总结

        std::invoke用起来是十分的方便，方便的背后是系统帮你做了很多影藏的东西。也同样看出，C++的模版是多么的强大。如果喜欢就快去使用吧！

        喜欢的同学点赞收藏呗！

参考：std::invoke, std::invoke_r - cppreference.com

这篇关于C++17之std::invoke: 使用和原理探究(全)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/764174。

相关文章

postgresql使用UUID函数的方法

postgresql使用UUID函数的方法

《postgresql使用UUID函数的方法》本文给大家介绍postgresql使用UUID函数的方法,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友参考下吧... 目录PostgreSQL有两种生成uuid的方法。可以先通过sql查看是否已安装扩展函数，和可以安装的扩展函数
阅读更多...
如何使用Lombok进行spring 注入

如何使用Lombok进行spring 注入

《如何使用Lombok进行spring注入》本文介绍如何用Lombok简化Spring注入,推荐优先使用setter注入,通过注解自动生成getter/setter及构造器,减少冗余代码,提升开发效... Lombok为了开发环境简化代码，好处不用多说。spring 注入方式为2种，构造器注入和setter
阅读更多...
MySQL中比较运算符的具体使用

MySQL中比较运算符的具体使用

《MySQL中比较运算符的具体使用》本文介绍了SQL中常用的符号类型和非符号类型运算符,符号类型运算符包括等于(=)、安全等于(=)、不等于(/!=)、大小比较(,=,,=)等,感兴趣的可以了解一下... 目录符号类型运算符1. 等于运算符=2. 安全等于运算符<=>3. 不等于运算符<>或!=4. 小于运
阅读更多...
使用zip4j实现Java中的ZIP文件加密压缩的操作方法

使用zip4j实现Java中的ZIP文件加密压缩的操作方法

《使用zip4j实现Java中的ZIP文件加密压缩的操作方法》本文介绍如何通过Maven集成zip4j1.3.2库创建带密码保护的ZIP文件,涵盖依赖配置、代码示例及加密原理,确保数据安全性,感兴趣的... 目录1. zip4j库介绍和版本1.1 zip4j库概述1.2 zip4j的版本演变1.3 zip4
阅读更多...
Python 字典 (Dictionary)使用详解

Python 字典 (Dictionary)使用详解

《Python字典(Dictionary)使用详解》字典是python中最重要,最常用的数据结构之一,它提供了高效的键值对存储和查找能力,：本文主要介绍Python字典(Dictionary)... 目录字典1.基本特性2.创建字典3.访问元素4.修改字典5.删除元素6.字典遍历7.字典的高级特性默认字典
阅读更多...
使用Python构建一个高效的日志处理系统

使用Python构建一个高效的日志处理系统

《使用Python构建一个高效的日志处理系统》这篇文章主要为大家详细讲解了如何使用Python开发一个专业的日志分析工具,能够自动化处理、分析和可视化各类日志文件,大幅提升运维效率,需要的可以了解下... 目录环境准备工具功能概述完整代码实现代码深度解析1. 类设计与初始化2. 日志解析核心逻辑3. 文件处
阅读更多...
一文详解如何使用Java获取PDF页面信息

一文详解如何使用Java获取PDF页面信息

《一文详解如何使用Java获取PDF页面信息》了解PDF页面属性是我们在处理文档、内容提取、打印设置或页面重组等任务时不可或缺的一环,下面我们就来看看如何使用Java语言获取这些信息吧... 目录引言一、安装和引入PDF处理库引入依赖二、获取 PDF 页数三、获取页面尺寸（宽高）四、获取页面旋转角度五、判断
阅读更多...
C++中全局变量和局部变量的区别

C++中全局变量和局部变量的区别

《C++中全局变量和局部变量的区别》本文主要介绍了C++中全局变量和局部变量的区别,全局变量和局部变量在作用域和生命周期上有显著的区别,下面就来介绍一下,感兴趣的可以了解一下... 目录一、全局变量定义生命周期存储位置代码示例输出二、局部变量定义生命周期存储位置代码示例输出三、全局变量和局部变量的区别作用域
阅读更多...
C++中assign函数的使用

C++中assign函数的使用

《C++中assign函数的使用》在C++标准模板库中,std::list等容器都提供了assign成员函数,它比操作符更灵活,支持多种初始化方式,下面就来介绍一下assign的用法,具有一定的参考价... 目录​1.assign的基本功能​​语法​2. 具体用法示例​​​(1) 填充n个相同值​​(2)
阅读更多...
Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

《SpringStateMachine实现状态机使用示例详解》本文介绍SpringStateMachine实现状态机的步骤,包括依赖导入、枚举定义、状态转移规则配置、上下文管理及服务调用示例,重点解... 目录什么是状态机使用示例什么是状态机状态机是计算机科学中的​​核心建模工具​​，用于描述对象在其生命
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2