C++016：深入理解C++中的stdbind：从基础到进阶.md

title: '深入理解C++中的`std::bind`'
categories:
  - [开发,cpp]
tags:
  - c++
  - cpp

深入理解C++中的std::bind：从基础到进阶

在C++编程中，函数对象（Functor）和回调机制是非常重要的概念。std::bind是C++标准库中一个非常强大的工具，它允许我们将函数、成员函数、甚至是函数对象绑定到特定的参数上，生成一个新的可调用对象。这个新的可调用对象可以在稍后被调用，且调用时可以省略部分参数，或者重新排列参数的顺序。

本文将带你从基础到进阶，逐步深入理解std::bind的用法和原理。我们将通过代码示例和详细的解释，帮助你掌握这个强大的工具。

---

1. 什么是std::bind？

std::bind是C++11引入的一个函数模板，位于<functional>头文件中。它的主要作用是将一个可调用对象（如函数、函数指针、成员函数指针、函数对象等）与一些参数绑定在一起，生成一个新的可调用对象。

简单来说，std::bind可以让你“预先”设置函数的部分参数，生成一个新的函数对象，这个函数对象可以在稍后被调用时，只需要提供剩余的参数。

---

2. 基础用法：绑定普通函数

我们先从一个简单的例子开始，了解std::bind的基本用法。

示例1：绑定普通函数

#include <iostream>
#include <functional> // std::bind 的头文件

// 定义一个普通函数
void printSum(int a, int b) {
    std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;
}

int main() {
    // 使用 std::bind 绑定 printSum 函数，并预先设置第一个参数为 10
    auto bindFunc = std::bind(printSum, 10, std::placeholders::_1);

    // 调用 bindFunc，只需要提供第二个参数
    bindFunc(20); // 输出：Sum: 30

    return 0;
}

代码解析

1. std::bind(printSum, 10, std::placeholders::_1)：

   • printSum 是我们要绑定的函数。
   • 10 是预先设置的第一个参数。
   • std::placeholders::_1 是一个占位符，表示生成的函数对象在调用时需要提供的第一个参数。

2. bindFunc(20)：

   • 调用生成的函数对象 bindFunc，传入参数 20。
   • 10 是预先设置的参数，20 是调用时提供的参数。
   • 最终调用 printSum(10, 20)，输出 Sum: 30。

---

3. 绑定成员函数

std::bind不仅可以绑定普通函数，还可以绑定类的成员函数。绑定成员函数时，需要提供一个对象的实例。

示例2：绑定成员函数

#include <iostream>
#include <functional>

class Calculator {
public:
    void add(int a, int b) {
        std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;
    }
};

int main() {
    Calculator calc;

    // 使用 std::bind 绑定成员函数 add，并预先设置对象实例和第一个参数
    auto bindFunc = std::bind(&Calculator::add, &calc, 10, std::placeholders::_1);

    // 调用 bindFunc，只需要提供第二个参数
    bindFunc(20); // 输出：Sum: 30

    return 0;
}

代码解析

1. std::bind(&Calculator::add, &calc, 10, std::placeholders::_1)：

   • &Calculator::add 是成员函数指针。
   • &calc 是对象实例的指针。
   • 10 是预先设置的第一个参数。
   • std::placeholders::_1 是占位符，表示调用时需要提供的第一个参数。

2. bindFunc(20)：

   • 调用生成的函数对象 bindFunc，传入参数 20。
   • 最终调用 calc.add(10, 20)，输出 Sum: 30。

---

4. 占位符的高级用法

std::bind允许我们使用占位符来灵活地调整参数的顺序。std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, 等等，表示生成的函数对象在调用时需要提供的参数位置。

示例3：调整参数顺序

#include <iostream>
#include <functional>

void printThreeNumbers(int a, int b, int c) {
    std::cout << "Numbers: " << a << ", " << b << ", " << c << std::endl;
}

int main() {
    // 使用 std::bind 绑定 printThreeNumbers，并调整参数顺序
    auto bindFunc = std::bind(printThreeNumbers, std::placeholders::_3, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);

    // 调用 bindFunc，传入参数
    bindFunc(10, 20, 30); // 输出：Numbers: 30, 10, 20

    return 0;
}

代码解析

1. std::bind(printThreeNumbers, std::placeholders::_3, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2)：

   • std::placeholders::_3 表示第三个参数。
   • std::placeholders::_1 表示第一个参数。
   • std::placeholders::_2 表示第二个参数。

2. bindFunc(10, 20, 30)：

   • 调用生成的函数对象 bindFunc，传入参数 10, 20, 30。
   • 最终调用 printThreeNumbers(30, 10, 20)，输出 Numbers: 30, 10, 20。

---

5. std::bind的原理

std::bind的本质是生成一个新的可调用对象（通常是一个std::function对象），这个对象内部保存了原始的可调用对象和绑定的参数。当生成的函数对象被调用时，它会根据绑定的参数和占位符，将调用时的参数传递给原始的可调用对象。

核心知识点

1. 可调用对象：

   • 包括普通函数、函数指针、成员函数指针、函数对象（Functor）等。

2. 占位符：

   • std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, 等等，表示生成的函数对象在调用时需要提供的参数位置。

3. 参数绑定：

   • std::bind会将绑定的参数和占位符一起保存，生成一个新的可调用对象。

4. 返回值：

   • std::bind返回一个std::function对象，可以像普通函数一样调用。

---

6. 进阶用法：绑定函数对象

除了普通函数和成员函数，std::bind还可以绑定函数对象（Functor）。函数对象是一个重载了operator()的类实例。

示例4：绑定函数对象

#include <iostream>
#include <functional>

class Adder {
public:
    int operator()(int a, int b) const {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    Adder adder;

    // 使用 std::bind 绑定函数对象，并预先设置第一个参数为 10
    auto bindFunc = std::bind(adder, 10, std::placeholders::_1);

    // 调用 bindFunc，只需要提供第二个参数
    std::cout << "Sum: " << bindFunc(20) << std::endl; // 输出：Sum: 30

    return 0;
}

代码解析

1. std::bind(adder, 10, std::placeholders::_1)：

   • adder 是函数对象。
   • 10 是预先设置的第一个参数。
   • std::placeholders::_1 是占位符，表示调用时需要提供的第一个参数。

2. bindFunc(20)：

   • 调用生成的函数对象 bindFunc，传入参数 20。
   • 最终调用 adder(10, 20)，输出 Sum: 30。

---

7. 总结

std::bind是C++中一个非常强大的工具，它允许我们将函数、成员函数、函数对象等与参数绑定在一起，生成一个新的可调用对象。通过占位符，我们还可以灵活地调整参数的顺序。

核心知识点回顾

1. std::bind的基本用法：绑定普通函数、成员函数、函数对象。
2. 占位符：std::placeholders::_1, std::placeholders::_2 等，用于调整参数顺序。
3. 原理：std::bind生成一个新的可调用对象，内部保存原始的可调用对象和绑定的参数。
4. 返回值：std::bind返回一个std::function对象。

通过本文的学习，相信你已经掌握了std::bind的基本用法和原理。在实际编程中，std::bind可以帮助你简化代码，提高代码的可读性和灵活性。继续练习和探索，你会在C++编程中更加得心应手！

文章合集：chongzicbo/ReadWriteThink: 博学而笃志，切问而近思 (github.com)

个人博客：程博仕

微信公众号：