用于排序 std::set 的 C++11 std::function 和 std::reference 包装器答案

【问题标题】：C++11 std::function and std::reference wrapper used for sorting std::set用于排序 std::set 的 C++11 std::function 和 std::reference 包装器
【发布时间】：2023-04-05 11:35:01
【问题描述】：

我有一个 C++ 类，其中一个字段是 std::set 对象。我想自己写一个比较函数，或者让用户指定一个。在 C++11 中有一种处理泛型函数类型的新方法：std::function。它适用于函数指针、成员函数指针、lambda 函数等。

我尝试编写一个简单的实验程序，但它一直在卡顿，即使我按照 C++11 维基百科文章的建议进行操作。也许我只是不明白 std::function 和 std::ref 应该如何使用。

无论如何，关键是当我从一个简单的 lambda 函数创建一个 std::function 并使其成为类成员时，该类的 sizeof 增长了 22。当我从一个指向的指针创建一个 std::function 时一个全局函数，这个 std::function 的 sizeof 是 32。所以大小很大。我将有许多对象使用相同的比较函数，所以我更喜欢让所有对象都使用一个函数。

我有两个想法，告诉我你的想法。一个想法，使用 std::ref 存储对函数的引用，这样我可以定义一个函数，许多对象将使用它来比较 std::set 元素。第二个想法：如果它不能那样工作，或者生成的函数对象太大，也许我可以使用 shared_ptr。

您可能想知道：为什么没有一个静态 std::function 成员？答案是：因为所有对象都将使用相同的比较函数。例如，我希望能够拥有 1000 个对象，其中 400 个使用一个比较函数，600 个使用不同的比较函数。

例子：

class MyClass
{
public:
private:
     std::function<bool (int, int)> compare;
     std::set<int> set;
};

现在如何让 std::set 使用 std::function，并让多个 MyClass 对象使用相同的函数？

我希望能够在运行时更改比较功能，以便用户能够选择集合中对象的顺序（由 GUI 显示）。

【问题讨论】：

与其用文字描述你所做或想要做的事情，不如创建一个SSCCE 并向我们展示实际代码？
因为我从来没有听说过任何叫做 SSCCE 的东西，而且我没有实际的代码；我发布了这个问题，因为我正在寻找如何正确编写它的指导。（我得到了指导，请参阅下面的答案）

标签： c++ c++11 std functor std-function

【解决方案1】：

表示共享所有权的标准方法是使用std::shared_ptr。这会增加一些开销，迫使您在堆上分配 std::function，但 shared_ptr 小于 std::function 并且它将正确管理其生命周期，因此当任何对象仍在使用函数对象时，它将保持存活，并在不再需要时自动销毁。

正如您所建议的，引用共享函数的reference_wrapper 可以用作set 的比较对象，因为如果reference_wrapper 包装了可调用类型，则它是可调用的。

class MyClass
{
     typedef std::function<bool (int, int)> func_type;
public:
     MyClass(std::shared_ptr<func_type> const& f)
     : compare(f), set( std::ref(*f) )
     { }
private:
     std::shared_ptr<func_type> compare;
     std::set<int, std::reference_wrapper<func_type>> set;
};

reference_wrapper 不能为 null（如引用），因此您必须使用有效的 reference_wrapper 对象构造 std::set。

由于std::set 中的std::reference_wrapper 只是持有指向std::function 的非拥有指针，因此您需要在更新shared_ptr 的同时小心更新集合的比较对象，否则您可以删除对该函数的最后一个引用，因此shared_ptr 会破坏它，在集合中留下一个悬空指针。可以这样做：

void MyClass::replace_cmp(std::shared_ptr<func_type> const& f)
{
  set = std::set<int, std::reference_wrapper<func_type>>( std::ref(*f) );
  compare = f;
}

【讨论】：

但是现在，我如何将它传递给 std::set？该集合需要一个可调用的类型，因此我需要使用 operator() 编写一个调用“比较”的类。正确的？还是有更短的方法？
抱歉，我错过了那一点 :) 答案已更新 - reference_wrapper 提供 operator()
所以reference_wrapper 只是调用它存储的shared_ptr 指向的std::function？还有一个关于性能的问题：如果 std::set 使用 operator() 获取一个对象，并使用默认 ctor 从它构造一个对象，它通常会很聪明并尝试内联函数吗？（因为在这种情况下在编译时就知道了）在我的情况下，函数是未知的，所以我失去了任何机会
std::reference_wrapper 存储了一个指向 std::function 的（非拥有）指针，该指针由 shared_ptr 拥有。在reference_wrapper 上调用operator() 会将呼叫转发到function。你说得对，std::set 通常能够内联比较，但 std::function 通常会阻止这种内联。
如果您希望能够更改集合的顺序，请不要这样做。当集合的比较函数是其类型的一部分并且不能更改时，编译器很容易内联比较，例如std::set<int, MyCmp>，但是如果您希望能够替换比较，则需要间接调用，函数指针或std::function 或类似的，编译器内联间接调用要困难得多。我怀疑你会注意到性能问题，std::function 的良好实现仍然很快。

【解决方案2】：

你在你的constructor initializer list中告诉集合使用你的比较函数：

class MyClass
{
public:
    template<typename Fc>
    MyClass(Fc compare_func)
        : compare(compare_func),  // Initialize the comparison function
          set(compare)            // Tell the set to use out function for comparison
        {}
};

【讨论】：