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C++函数封装和绑定

在C++中，函数封装和绑定是泛型编程和函数式编程的重要工具，主要通过std::function和std::bind实现。

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一、函数封装：std::function

std::function 是C++11引入的通用函数封装器，可以存储、复制和调用任何可调用对象（普通函数、成员函数、函数对象、lambda表达式等）。

1. 基本用法

#include <functional>
#include <iostream>// 定义函数类型：接受int参数，返回void
using FuncType = std::function<void(int)>;// 普通函数
void print_num(int x) { std::cout << "Number: " << x << std::endl; }// 函数对象（仿函数）
struct Square {void operator()(int x) const { std::cout << "Square: " << x * x << std::endl; }
};int main() {FuncType func1 = print_num;    // 封装普通函数FuncType func2 = Square();     // 封装函数对象FuncType func3 = [](int x) {   // 封装lambda表达式std::cout << "Lambda: " << x << std::endl;};func1(5);  // 输出: Number: 5func2(5);  // 输出: Square: 25func3(5);  // 输出: Lambda: 5
}

2. 特点

• 类型擦除：统一不同可调用对象的类型，允许在运行时动态绑定。
• 空状态检查：可通过operator bool检查是否为空（未绑定任何对象）。
• 性能开销：相比直接调用，有一定间接调用开销（虚函数或函数指针）。

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二、参数绑定：std::bind

std::bind 用于将可调用对象与其参数绑定，生成一个新的可调用对象。常用于：

• 部分参数绑定（Partial Application）
• 调整参数顺序
• 绑定成员函数

1. 绑定普通函数

#include <functional>
#include <iostream>void add(int a, int b) { std::cout << a + b << std::endl; }int main() {// 绑定第一个参数为10，生成新的可调用对象auto add_10 = std::bind(add, 10, std::placeholders::_1);add_10(5);  // 输出: 15// 调整参数顺序auto reverse_add = std::bind(add, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1);reverse_add(5, 10);  // 输出: 15
}

2. 绑定成员函数

成员函数需要绑定到对象实例：

#include <functional>
#include <iostream>class Calculator {
public:int multiply(int a, int b) { return a * b; }
};int main() {Calculator calc;// 绑定成员函数：第一个参数是对象地址（或引用）auto bound_multiply = std::bind(&Calculator::multiply, &calc, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);std::cout << bound_multiply(3, 4);  // 输出: 12
}

3. 占位符（Placeholders）

• std::placeholders::_1, _2, …, _N 表示新可调用对象的参数位置。
• 例如，std::bind(f, _2, _1) 将原函数的第1个参数映射到新函数的第2个参数。

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三、std::function与std::bind结合

std::bind生成的绑定对象可以存储在std::function中，实现灵活的函数组合：

#include <functional>
#include <iostream>void log_message(const std::string& prefix, const std::string& msg) {std::cout << "[" << prefix << "] " << msg << std::endl;
}int main() {// 绑定第一个参数为"WARNING"auto log_warning = std::bind(log_message, "WARNING", std::placeholders::_1);std::function<void(const std::string&)> logger = log_warning;logger("Disk full!");  // 输出: [WARNING] Disk full!
}

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四、对比Lambda表达式

std::bind和lambda表达式均可实现参数绑定，但lambda更灵活直观：

// 使用lambda替代std::bind
auto add_10 = [](int b) { return add(10, b); };

何时选择？

• std::bind：需要兼容旧代码，或绑定成员函数时。
• Lambda：需要更清晰的上下文捕获（如[this]），或复杂逻辑时。

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五、注意事项

1. 生命周期管理：绑定对象或成员函数时，确保对象在调用时仍有效。
2. 性能：高频调用场景中，优先选择直接调用或lambda。
3. 可读性：过度使用std::bind可能导致代码难以理解。

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六、总结

工具	用途
std::function	封装任意可调用对象，提供统一的调用接口。
std::bind	绑定参数，生成新的可调用对象；支持参数顺序调整和部分参数固定。
Lambda	更现代的参数绑定方式，支持上下文捕获，适合复杂逻辑。

通过结合这些工具，可以实现高度灵活的泛型代码设计，例如事件系统、回调机制和策略模式等场景。