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function包装器的意义

news 来源：原创 2025/7/12 23:08:25

一：function包装器的概念

function包装器也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。

二：需要function包装器的场景

那么我们来看看，我们为什么需要function呢？

一个需要包装器的场景：

// 包装器
// 函数模板
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}//一个普通函数
double f(double i)
{return i / 2;
}//一个仿函数
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};int main()
{// 函数名cout << useF(f, 11.11) << endl;// 函数对象cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;// lamber表达式cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;return 0;
}

运行结果：

从这个运行结果，要看出两个点：

①：因为实例化出了三份不同的类型的类，所以conut进行++是互不影响的

②：因为实例化出了三份不同的类型的类，所以count的地址是不同的

Q：为什么这段代码需要包装器 function？

A：这段代码演示了 C++ 中不同类型的可调用对象（函数指针、函数对象、Lambda）在模板实例化时实例化出不同类型的行为(模板 useF 会生成多个实例)

Q：那如果我们可能希望 count 共享，也就是说希望 useF 无论传入什么可调用对象，都共享同一个 count，那怎么办呢？

A：这就需要用到function包装器了！

三：function包装器的作用

1：function包装器的书写格式

看图不好理解，直接上例子吧：

比如我们对上面的f函数进行包装，就写成这样就行：

double f(double i)
{return i / 2;
}#include<functional>int main()
{//对f函数进行封装function<double(double)> fc1 = f;return 0;
}

语法解析：

(1) 头文件

#include<functional> // 必须包含此头文件

(2) 声明格式

std::function<返回值类型(参数类型1, 参数类型2, ...)> 变量名;

返回值类型：被包装的可调用对象的返回类型

参数类型：被包装的可调用对象的参数类型（可以有多个）

所以我们对f函数进行包装，才写作如下:

function<double(double)> fc1 = f;

2：对场景进行包装

#include<iostream>
using namespace std;// 包装器
// 函数模板
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;return f(x);
}double f(double i)
{return i / 2;
}struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};#include<functional>int main()
{// 函数指针function<double(double)> fc1 = f;/*fc1(11.11);*/cout << useF(fc1, 11.11) << endl;// 函数对象function<double(double)> fc2 = Functor();//fc2(11.11);cout << useF(fc2, 11.11) << endl;// lambda表达式function<double(double)> fc3 = [](double d)->double { return d / 4; };//fc3(11.11);cout << useF(fc3, 11.11) << endl;return 0;
}

运行结果：

从这个运行结果，要看出两个点：

①：因为实例化出的是一份公共的类，所以conut进行++是互相影响的

②：因为实例化出的是一份公共的类，所以count的地址是相同的

四：用包装器解决逆波兰表达式求值

题目介绍及以前的解法：逆波兰表达式求值-CSDN博客

1：思路对比

a:原本思路：

遇到操作数时，压入栈中；遇到运算符时，弹出栈顶的两个操作数进行运算，计算得到的结果再压入栈；最终栈顶元素即为结果。

b:包装器思路：

用map来 创建了一个从字符串（操作符）到对应操作函数的映射。这使得我们可以通过操作符字符串直接查找并调用相应的运算函数。

且map的v值类型是function<int(int,int)>，其用于包装接受两个整数参数并返回一个整数的操作函数；对应的操作函数呢，我们采取lambda表达式，显得简洁；

如图：

map<string, function<int(int,int)>> opFuncMap = {{"+", [](int x, int y){return x + y;}},{"-", [](int x, int y){return x - y;}},{"*", [](int x, int y){return x * y;}},{"/", [](int x, int y){return x / y;}}};

Q：对应的操作函数一定要用lambda表达式吗？

A：不一定，但是lambda一定是最简洁的，以下展示了v值对应的操作函数用其他方法的冗余效果

a：使用普通函数

int add(int x, int y) { return x + y; }
int sub(int x, int y) { return x - y; }
int mul(int x, int y) { return x * y; }
int divi(int x, int y) { return x / y; }map<string, function<int(int,int)>> opFuncMap = {{"+", add},{"-", sub},{"*", mul},{"/", divi}
};

b：使用仿函数

struct Add {int operator()(int x, int y) { return x + y; }
};
struct Sub {int operator()(int x, int y) { return x - y; }
};
// 同理定义Mul和Divmap<string, function<int(int,int)>> opFuncMap = {{"+", Add()},{"-", Sub()},{"*", Mul()},{"/", Div()}
};

解释：

可以看出，不管是普通函数还是仿函数，都需要额外定义函数或类，并不优秀

而lambda直接在初始化映射表时完成定义，非常优秀

2：代码

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {// 定义操作符到函数的映射map<string, function<int(int,int)>> opFuncMap = {{"+", [](int x, int y){return x + y;}},{"-", [](int x, int y){return x - y;}},{"*", [](int x, int y){return x * y;}},{"/", [](int x, int y){return x / y;}}};stack<int> st; // 用于存储操作数的栈for(auto& str : tokens) {if(opFuncMap.count(str)) { // 如果是操作符int right = st.top(); st.pop();int left = st.top(); st.pop();st.push(opFuncMap[str](left, right));}else { // 如果是操作数st.push(stoi(str));}}return st.top();}
};

3：代码解读

相比于老方法，我们的设计显得非常的细腻；而不是以前直接暴力判断字符是否为操作字符。

值得再说一句的是，map定义时候：

string是一个类型，而function<int(int,int)>也是一个类型；

string接收"+"这种字符串，而function<int(int,int)>接收[](int x, int y){return x + y;}这样一个lambda

五：包装器的几种用法的格式

1：普通函数的包装

int f(int a, int b) {return a + b;
}// 包装普通函数
function<int(int, int)> fc1 = f;

特点：

直接使用函数名 f 赋值给 function
调用方式与原函数完全相同
最简单直接的包装方式

2：静态成员函数的包装

class Plus {
public:static int plusi(int a, int b) {return a + b;}
};// 包装静态成员函数
function<int(int, int)> fc2 = &Plus::plusi;

特点：

需要使用 &类名::函数名 的语法获取函数指针(&一定得要，语法规定)
调用方式与普通函数相同

3：非静态成员函数的包装

静态成员函数代码：

class Plus
{
public:double plusd(double a, double b){return a + b;}
};//对其中的plusd函数进行包装

方式一：使用对象值

使用对象值去包装非静态函数的两种写法：写法1：
function<double(Plus, double, double)> fc3 = &Plus::plusd;
//使用的时候，第一个参数匿名构造一个对象
cout << fc3(Plus(), 1, 1) << endl;或者写法2：
Plus plus;
function<double(Plus, double, double)> fc4 = &Plus::plusd;
cout << fc4(plus, 1, 1) << endl;

特点：

包装器的第一个参数的类型是类类型(类这个类型)，所以是Plus；因为成员函数的第一个参数是this 指针，所以要用类类型Plus去对应
调用时，第一个参数要么是之前实例化的对象(如plus);要么就是匿名构造一个对象(Plus())

方式二：使用对象指针

    //一定要实例化Plus plus;function<double(Plus*, double, double)> fc5 = &Plus::plusd;//第一个参数是堆对象取地址cout << fc5(&plus, 1, 1) << endl;

特点：

function第一个参数的类型必须是类指针 Plus*
一定需要先创建对象实例 plus
调用时，第一个参数需要传入对象地址 &plus

`六：bind绑定对于包装器的优化`

bind叫作绑定，有两个作用：

①：更改参数的顺序(不重要)

②：更改参数的个数(重要)

1：更改参数的顺序

int Sub(int a, int b)
{return a - b;
}int main()
{int x = 10, y = 20;cout << Sub(x, y) << endl;  // 正常调用，输出 -10auto f1 = bind(Sub, placeholders::_2, placeholders::_1);//用bind更改参数的顺序后cout << f1(x, y) << endl;   // 输出 10return 0;
}

运行结果：

解释：

placeholders是标准库定义的命名空间，位于 <functional> 头文件中。
bind(Sub, placeholders::_2, placeholders::_1) 将第二个参数作为第一个参数，第一个参数作为第二个参数()
原本 Sub(10,20) 是 10-20=-10
调整后变为 Sub(20,10) 是 20-10=10

2：更改参数的个数

我们之前五中的例子，对于非静态成员函数的包装后，使用的时候，第一个参数需要传我们不想手动传的东西，如：

cout << fc3(Plus(), 1, 1) << endl;cout << fc4(plus, 1, 1) << endl;cout << fc5(&plus, 1, 1) << endl;

那我们现在就可以用bind，去更改参数的个数，让我们传的时候只传后面的1,1，如下

cout << fc3(1, 1) << endl;
cout << fc4(1, 1) << endl;
cout << fc5(1, 1) << endl;

更改参数个数的代码：

class Plus
{
public:double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{//1：使用对象值绑定 (plus)//原先调用的第一个参数是plus  被省略了Plus plus;function<double(double, double)> fc4 = bind(&Plus::plusd, plus, placeholders::_1, placeholders::_2);cout << fc4(1, 1) << endl;//2：使用临时对象值绑定 (Plus())//原先调用的第一个参数是Plus()  被省略了function<double(double, double)> fc3 = bind(&Plus::plusd, Plus(), placeholders::_1, placeholders::_2);cout << fc3(1, 1) << endl;//3：使用对象指针绑定 (&plus)//原先调用的第一个参数是&plus  被省略了function<double(double, double)> fc5 = bind(&Plus::plusd, &plus, placeholders::_1, placeholders::_2);cout << fc5(1, 1) << endl;return 0;
}

运行结果：

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