C++之std::mem_fn使用和实现原理(全)

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1.简介

2.使用

3.实现原理

4.使用注意

5.总结

1.简介

函数模板std :: mem_fn生成指向成员的指针的包装对象，该对象可以存储，复制和调用指向成员的指针。调用std :: mem_fn时，可以使用对象的引用和指针（包括智能指针）。

我理解std::mem_fn 把一个成员函数或成员变量转换成一个可调用的函数对象。函数对象的功能是借助成员函数或成员变量来实现的。这个在我们后面讲它的实现原理时你可以很清楚的理解它。

2.使用

用 std::mem_fn 来存储并执行成员函数和成员对象：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <memory>struct Foo
{void display_greeting(){std::cout << "你好。\n";}void display_number(int i){std::cout << "数字：" << i << '\n';}int add_xy(int x, int y){return data + x + y;}template<typename... Args> int add_many(Args... args){return data + (args + ...);}auto add_them(auto... args) // 需要 C++20{return data + (args + ...);}int data = 7;
};int main()
{auto f = Foo{};auto greet = std::mem_fn(&Foo::display_greeting);greet(f);auto print_num = std::mem_fn(&Foo::display_number);print_num(f, 42);auto access_data = std::mem_fn(&Foo::data);std::cout << "data：" << access_data(f) << '\n';auto add_xy = std::mem_fn(&Foo::add_xy);std::cout << "add_xy：" << add_xy(f, 1, 2) << '\n';// 用于智能指针auto u = std::make_unique<Foo>();std::cout << "access_data(u)：" << access_data(u) << '\n';std::cout << "add_xy(u, 1, 2)：" << add_xy(u, 1, 2) << '\n';// 用于带形参包的成员函数模板auto add_many = std::mem_fn(&Foo::add_many<short, int, long>);std::cout << "add_many(u, ...)：" << add_many(u, 1, 2, 3) << '\n';auto add_them = std::mem_fn(&Foo::add_them<short, int, float, double>);std::cout << "add_them(u, ...)：" << add_them(u, 5, 7, 10.0f, 13.0) << '\n';
}

输出：

你好。
数字：42
data：7
add_xy：10
access_data(u)：7
add_xy(u, 1, 2)：10
add_many(u, ...)：13
add_them(u, ...)：42

上面代码变量greet、print_num、add_xy 、add_many、add_them用于存储Foo的类成员函数，access_data用于存储Foo的成员变量，最后使用了统一的调用格式Fn(, , ,...)来完成对函数的调用或成员变量的访问。

3.实现原理

源码面前无秘密，直接上源码(VS2019)：

template <class _Memptr>
class _Mem_fn : public _Weak_types<_Memptr> {
private:_Memptr _Pm;public:constexpr explicit _Mem_fn(_Memptr _Val) noexcept : _Pm(_Val) {}template <class... _Types>_CONSTEXPR20 auto operator()(_Types&&... _Args) constnoexcept(noexcept(_STD invoke(_Pm, _STD forward<_Types>(_Args)...)))-> decltype(_STD invoke(_Pm, _STD forward<_Types>(_Args)...)) {return _STD invoke(_Pm, _STD forward<_Types>(_Args)...);}
};template <class _Rx, class _Ty>
_NODISCARD _CONSTEXPR20 _Mem_fn<_Rx _Ty::*> mem_fn(_Rx _Ty::*_Pm) noexcept {return _Mem_fn<_Rx _Ty::*>(_Pm);
}

从上面的实现可以看出：
1.std::mem_fn是模版函数，接收的参数_Pm是的struct或class的成员指针，这个指针可能是函数指针，也可能是成员变量指针；从这里就限制了std::mem_fn不能用全局函数指针。
2._Mem_fn是模版类，重载了operator(), 这就是仿函数的实现方式。类_Mem_fn的_Pm存储了类成员指针，然后最终通过std::invoke实现函数调用或成员变量访问。
3.std::invoke 是 C++17标准库中引入的一个函数模板，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; 更多详细的讲解可参考我的另外一篇博客。

C++17之std::invoke: 使用和原理探究(全)_c++新特性 invoke-CSDN博客

4.使用注意

不支持的场景

不支持全局函数
不支持类protected访问权限的成员（函数或数据）
不支持类private访问权限的成员（函数或数据）

支持的场景

传入类对象
传入引用对象
传入右值
传入对象指针
传入智能指针std::shared_ptr
传入智能指针std::unique_ptr
传入派生类对象
带参数的成员函数

示例如下：

#include <functional>
#include <iostream>int Add(int a, int b)
{return a + b;
}class Age
{
public:Age(int default = 7879) : m_age(default){}bool compare(const Age& t) const{return m_age < t.m_age;}void print() const{std::cout << m_age << ' ';}int m_age;protected:void add(int n){m_age += n;}private:void sub(int m){m_age -= m;}
};class DerivedAge : public Age
{
public:DerivedAge(int default = 22) : Age(default){}
};int main(int argc, char* argv[])
{// 0.不支持的示例{// 1.不支持全局函数// auto globalFunc = std::mem_fn(Add); // ERROR: 语法无法通过// 2.不支持类protected访问权限的函数// auto addFunc = std::mem_fn(&Age::add); // ERROR: 语法无法通过// 3.不支持类private访问权限的函数// auto subFunc = std::mem_fn(&Age::sub); // ERROR: 语法无法通过}// 1.成员函数示例{auto memFunc = std::mem_fn(&Age::print);// 方式一：传入类对象Age obja{ 18 };memFunc(obja);Age& refObj = obja;refObj.m_age = 28;// 方式二：传入引用对象memFunc(refObj);// 方式三：传入右值Age objb{ 38 };memFunc(std::move(objb));// 方式四：传入对象指针Age objc{ 48 };memFunc(&objc);// 方式五：传入智能指针std::shared_ptrstd::shared_ptr<Age> pAge1 = std::make_shared<Age>(58);memFunc(pAge1);// 方式六：传入智能指针std::unique_ptrstd::unique_ptr<Age> pAge2 = std::make_unique<Age>(68);memFunc(pAge2);// 方式七：传入派生类对象DerivedAge aged{ 78 };memFunc(aged);// 方式八：带参数成员函数auto memFuncWithParams = std::mem_fn(&Age::compare);std::cout << memFuncWithParams(Age{ 25 }, Age{ 35 }) << std::endl;}std::cout << std::endl;// 2.成员变量示例{auto memData = std::mem_fn(&Age::m_age);// 方式一：传入类对象Age obja{ 19 };std::cout << memData(obja) << ' ';Age& refObj = obja;refObj.m_age = 29;// 方式二：传入引用对象std::cout << memData(refObj) << ' ';// 方式三：传入右值Age objb{ 39 };std::cout << memData(std::move(objb)) << ' ';// 方式四：传入对象指针Age objc{ 49 };std::cout << memData(&objc) << ' ';// 方式五：传入智能指针std::shared_ptrstd::shared_ptr<Age> pAge1 = std::make_shared<Age>(59);std::cout << memData(pAge1) << ' ';// 方式六：传入智能指针std::unique_ptrstd::unique_ptr<Age> pAge2 = std::make_unique<Age>(69);std::cout << memData(pAge2) << ' ';// 方式七：传入派生类对象DerivedAge aged{ 79 };std::cout << memData(aged) << ' ';}//3.写法差别// 以前写法{std::vector<Age> ages{ 1, 7, 19, 27, 39, 16, 13, 18 };std::sort(ages.begin(), ages.end(), [&](const Age& objA, const Age& objB) {return return objA.m_age < objB.m_age;;});for (auto item : ages){item.print();}std::cout << std::endl;}// 利用std::mem_fn写法{std::vector<Age> ages{ 100, 70, 290, 170, 390, 160, 300, 180 };std::sort(ages.begin(), ages.end(), std::mem_fn(&Age::compare));std::for_each(ages.begin(), ages.end(), std::mem_fn(&Age::print));std::cout << std::endl;}return 0;
}