将函数直接传递给 std::async 和使用 std::bind 有什么区别？

Question

我最近开始为我正在开发的库添加异步支持，但遇到了一个小问题。我从这样的事情开始（稍后的完整上下文）：

return executeRequest<int>(false, d, &callback, false);

那是在添加异步支持之前。我试图将其更改为：

return std::async(std::launch::async, &X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);

但是编译失败。

MCVE：

#include <iostream>
#include <future>

int callback(const int& t) {
    std::cout << t << std::endl;   
    return t;
}
class RequestData {
private:
    int x;
public:
    int& getX() {
        return x;   
    }
};
class X {
    public:
        template <typename T>
        T executeRequest(bool method, RequestData& requestData,
                       std::function<T(const int&)> parser, bool write) {
            int ref = 42;
            std::cout << requestData.getX() << std::endl;
            return parser(ref);
        }
        int nonAsync() {
            // Compiles 
            RequestData d;
            return this->executeRequest<int>(false, d, &callback, false);    
        }
        std::future<int> getComments() {
            RequestData d;
            // Doesn't compile 
            return std::async(std::launch::async, &X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);
        }
};

int main() {
    X x;
    auto fut = x.getComments();
    std::cout << "end: " << fut.get() << std::endl;
}

它失败了：

In file included from main.cpp:2:
In file included from /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/future:38:
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/functional:1505:56: error: no type named 'type' in 'std::result_of<std::_Mem_fn<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool)> (X *, bool, RequestData, int (*)(const int &), bool)>'
      typedef typename result_of<_Callable(_Args...)>::type result_type;
              ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/future:1709:49: note: in instantiation of template class 'std::_Bind_simple<std::_Mem_fn<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool)> (X *, bool, RequestData, int (*)(const int &), bool)>' requested here
          __state = __future_base::_S_make_async_state(std::__bind_simple(
                                                       ^
main.cpp:33:25: note: in instantiation of function template specialization 'std::async<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool), X *, bool, RequestData &, int (*)(const int &), bool>' requested here
            return std::async(std::launch::async, &X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);
                        ^
In file included from main.cpp:2:
In file included from /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/future:38:
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/functional:1525:50: error: no type named 'type' in 'std::result_of<std::_Mem_fn<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool)> (X *, bool, RequestData, int (*)(const int &), bool)>'
        typename result_of<_Callable(_Args...)>::type
        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~
2 errors generated.

Live example。

两者之间唯一的实际区别（至少我可以看到）是我需要显式传递this，因为我正在引用一个成员函数

我玩了一下，发现如果我用const RequestData& 替换它，它突然就被允许了。但它反而会在其他地方导致问题，因为 getter 不是 const。至少从我能找到的情况来看，我需要使它成为一个 const 函数，这对 getter 本身来说很好，但我也有一些 setter，这意味着我不能这样做。

无论如何，我想我可以试试std::bind。我将异步调用替换为：

auto func = std::bind(&X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);
return std::async(std::launch::async, func);

而且，出于某种原因，it worked。

在这里让我感到困惑的是，它两次都使用相同的参数（如果计算非异步变体，则全部三次），并且考虑到this 参数，给定我正在调用的函数是一个成员函数。

我深入挖掘，找到了一些替代解决方案（尽管参考了std::thread），它们使用了std::ref。我知道std::async 在后台运行std::thread，所以我挖出了the documentation：

线程函数的参数按值移动或复制。如果需要将引用参数传递给线程函数，则必须对其进行包装（例如，使用std::ref 或std::cref）。 （强调我的）

这是有道理的，并解释了它失败的原因。我假设std::async 也受此限制，并解释了它失败的原因。

然而，挖掘std::bind：

bind 的参数被复制或移动，并且永远不会通过引用传递，除非包装在std::ref 或std::cref 中。 （强调我的）

我不使用std::ref（或者如果我用const、std::cref替换），但至少如果我理解文档正确，这两个都应该无法编译。 example on cppreference.com 也可以在没有 std::cref 的情况下编译（在 Coliru 中使用 Clang 和 C++ 17 进行了测试）。

这是怎么回事？

如果重要的话，除了 coliru 环境，我最初在 Docker 中重现了这个问题，运行 Ubuntu 18.04 和 Clang 8.0.1（64 位）。在这两种情况下都针对 C++ 17 编译。

Answer 1

标准略有不同。对于std::bind：

要求：is_­constructible_­v<FD, F> 应为 true。 对于BoundArgs 中的每个Ti，is_­constructible_­v<TDi, Ti> 应为true。 INVOKE(fd, w1, w2, …, wN) ([func.require]) 应该是某些值 w1、w2、...、wN 的有效表达式，其中 N 的值是 sizeof...(bound_­args)。 调用包装器g 的 cv 限定符 cv 如下所述，既不是 volatile 也不是 const volatile。

返回：参数转发调用包装器g ([func.require])。 g(u1, u2, …, uM)的效果应该是

INVOKE(fd, std::forward<V1>(v1), std::forward<V2>(v2), …, std::forward<VN>(vN))

其中v1, ..., vN 具有特定类型。在您的情况下，重要的是与d 对应的存储变量的类型为std::decay_t<RequestData&>，即RequestData。在这种情况下，您可以使用左值 RequestData 轻松调用 executeRequest<int>。

std::async 的要求要强得多：

要求：F 和 Args 中的每个 Ti 应满足 Cpp17MoveConstructible 要求，并且

INVOKE(decay-copy(std::forward<F>(f)),
   decay-copy(std::forward<Args>(args))...)     // see [func.require], [thread.thread.constr]

最大的区别是decay-copy。对于d，您将获得以下信息：

decay-copy(std::forward<RequestData&>(d))

这是对decay-copy函数的调用（仅限说明），其返回类型为std::decay_t<RequestData&>，所以RequestData，这就是编译失败的原因。

---

请注意，如果您使用std::ref，则行为将是未定义的，因为d 的生命周期可能在调用executeRequest 之前结束。

Answer 2

这里让我感到困惑的是，它两次使用相同的参数

但它不会两次转发它们。调用异步版本时，调用可调用对象as if by calling：

std::invoke(decay_copy(std::forward<Function>(f)), 
            decay_copy(std::forward<Args>(args))...);

争论变成了类似于临时的东西！出于这个原因，引用RequestData& requestData 不能绑定到它的参数。一个 const 引用、一个右值引用或一个普通的值参数可以在这里工作（如在，绑定），但一个非 const 左值引用不能。

std::bind 的调用方式不同。它也存储副本，但 "the ordinary stored argument arg is passed to the invokable object as lvalue argument[sic]"，具有从 bind 对象本身派生的参数的 cv 限定。由于std::bind 创建了一个非常量绑定对象，因此为可调用对象提供了一个requestData 的非常量左值。引用愉快地绑定到那个。