作为模板参数传递的函数

Question

我正在寻找涉及将 C++ 模板函数作为参数传递的规则。

这是由 C++ 支持的，如此处的示例所示：

#include <iostream>

void add1(int &v)
{
  v+=1;
}

void add2(int &v)
{
  v+=2;
}

template <void (*T)(int &)>
void doOperation()
{
  int temp=0;
  T(temp);
  std::cout << "Result is " << temp << std::endl;
}

int main()
{
  doOperation<add1>();
  doOperation<add2>();
}

但是，学习这种技术很困难。 Googling for "function as a template argument" 不会导致太多。而经典的C++ Templates The Complete Guide 令人惊讶地也没有讨论它（至少不是来自我的搜索）。

我的问题是这是否是有效的 C++（或只是一些广泛支持的扩展）。

另外，在这种模板调用期间，有没有办法允许具有相同签名的函子与显式函数互换使用？

在上述程序中不起作用，至少在Visual C++ 中，因为语法显然是错误的。能够为仿函数切换函数会很好，反之亦然，类似于如果您想定义自定义比较操作，您可以将函数指针或仿函数传递给 std::sort 算法。

   struct add3 {
      void operator() (int &v) {v+=3;}
   };
...

    doOperation<add3>();

如果指向一个或两个 Web 链接，或 C++ 模板书中的一页，我们将不胜感激！

Answer 1

是的，它是有效的。

至于让它与仿函数一起使用，通常的解决方案是这样的：

template <typename F>
void doOperation(F f)
{
  int temp=0;
  f(temp);
  std::cout << "Result is " << temp << std::endl;
}

现在可以称为：

doOperation(add2);
doOperation(add3());

See it live

这样做的问题是，如果编译器难以内联对add2 的调用，因为编译器只知道函数指针类型void (*)(int &) 正在传递给doOperation。 （但是add3，作为一个函子，可以很容易内联。这里，编译器知道一个add3类型的对象被传递给函数，这意味着要调用的函数是add3::operator()，而不仅仅是一些未知函数指针。）

Answer 2

模板参数可以按类型（typename T）或按值（int X）参数化。

对一段代码进行模板化的“传统”C++ 方法是使用函子 - 即代码位于对象中，因此该对象赋予代码唯一的类型。

在使用传统函数时，这种技术效果不佳，因为类型的更改并不表示 特定 函数 - 而是仅指定了许多可能函数的签名。所以：

template<typename OP>
int do_op(int a, int b, OP op)
{
  return op(a,b);
}
int add(int a, int b) { return a + b; }
...

int c = do_op(4,5,add);

不等同于仿函数的情况。在此示例中，为所有签名为 int X (int, int) 的函数指针实例化 do_op。编译器必须非常激进才能完全内联这种情况。 （不过我不排除它，因为编译器优化已经相当先进了。）

判断这段代码没有达到我们想要的效果的一种方法是：

int (* func_ptr)(int, int) = add;
int c = do_op(4,5,func_ptr);

仍然是合法的，显然这并没有被内联。为了获得完全内联，我们需要按值模板，所以该函数在模板中是完全可用的。

typedef int(*binary_int_op)(int, int); // signature for all valid template params
template<binary_int_op op>
int do_op(int a, int b)
{
 return op(a,b);
}
int add(int a, int b) { return a + b; }
...
int c = do_op<add>(4,5);

在这种情况下，do_op 的每个实例化版本都使用已经可用的特定函数进行实例化。因此，我们希望 do_op 的代码看起来很像“return a + b”。 （Lisp 程序员，别傻笑了！）

我们还可以确认这更接近我们想要的，因为：

int (* func_ptr)(int,int) = add;
int c = do_op<func_ptr>(4,5);

将无法编译。 GCC 说：“错误：'func_ptr' 不能出现在常量表达式中。换句话说，我无法完全展开 do_op，因为您在编译时没有给我足够的信息来了解我们的操作是什么。

如果第二个例子真的完全内联了我们的操作，而第一个没有，那么模板有什么用呢？它在做什么？答案是：类型强制。第一个例子的这个即兴演奏会起作用：

template<typename OP>
int do_op(int a, int b, OP op) { return op(a,b); }
float fadd(float a, float b) { return a+b; }
...
int c = do_op(4,5,fadd);

该示例将起作用！ （我并不是说它是好的 C++，但是......） 发生的事情是 do_op 已经围绕各种函数的 signatures 进行了模板化，并且每个单独的实例化都会编写不同类型的强制代码。所以使用 fadd 的 do_op 的实例化代码如下所示：

convert a and b from int to float.
call the function ptr op with float a and float b.
convert the result back to int and return it.

相比之下，我们的按值案例要求函数参数完全匹配。

Answer 3

函数指针可以作为模板参数传递，this is part of standard C++ .但是在模板中，它们被声明并用作函数而不是指向函数的指针。在模板实例化中，传递函数的地址而不仅仅是名称。

例如：

int i;


void add1(int& i) { i += 1; }

template<void op(int&)>
void do_op_fn_ptr_tpl(int& i) { op(i); }

i = 0;
do_op_fn_ptr_tpl<&add1>(i);

如果您想将仿函数类型作为模板参数传递：

struct add2_t {
  void operator()(int& i) { i += 2; }
};

template<typename op>
void do_op_fntr_tpl(int& i) {
  op o;
  o(i);
}

i = 0;
do_op_fntr_tpl<add2_t>(i);

几个答案将仿函数实例作为参数传递：

template<typename op>
void do_op_fntr_arg(int& i, op o) { o(i); }

i = 0;
add2_t add2;

// This has the advantage of looking identical whether 
// you pass a functor or a free function:
do_op_fntr_arg(i, add1);
do_op_fntr_arg(i, add2);

使用模板参数最接近这种统一外观的方法是定义 do_op 两次——一次使用非类型参数，一次使用类型参数。

// non-type (function pointer) template parameter
template<void op(int&)>
void do_op(int& i) { op(i); }

// type (functor class) template parameter
template<typename op>
void do_op(int& i) {
  op o; 
  o(i); 
}

i = 0;
do_op<&add1>(i); // still need address-of operator in the function pointer case.
do_op<add2_t>(i);

老实说，我真的希望这不会编译，但它适用于 gcc-4.8 和 Visual Studio 2013。

Answer 4

在您的模板中

template <void (*T)(int &)>
void doOperation()

参数T是一个非类型模板参数。这意味着模板函数的行为随着参数的值而变化（必须在编译时固定，函数指针常量是什么）。

如果你想要一个同时适用于函数对象和函数参数的东西，你需要一个类型化的模板。但是，当您这样做时，您还需要在运行时向函数提供对象实例（函数对象实例或函数指针）。

template <class T>
void doOperation(T t)
{
  int temp=0;
  t(temp);
  std::cout << "Result is " << temp << std::endl;
}

有一些较小的性能注意事项。这个新版本对于函数指针参数的效率可能较低，因为特定函数指针仅在运行时被取消引用和调用，而您的函数指针模板可以根据使用的特定函数指针进行优化（可能是函数调用内联）。函数对象通常可以使用类型化模板非常有效地扩展，尽管特定的 operator() 完全由函数对象的类型决定。

Answer 5

您的仿函数示例不起作用的原因是您需要一个实例来调用operator()。

Answer 6

带着额外的要求来到这里，参数/返回类型也应该有所不同。 在 Ben Supnik 之后，这将适用于某些类型的 T

typedef T(*binary_T_op)(T, T);

而不是

typedef int(*binary_int_op)(int, int);

这里的解决方案是将函数类型定义和函数模板放入一个环绕的struct模板中。

template <typename T> struct BinOp
{
    typedef T(*binary_T_op )(T, T); // signature for all valid template params
    template<binary_T_op op>
    T do_op(T a, T b)
    {
       return op(a,b);
    }
};


double mulDouble(double a, double b)
{
    return a * b;
}


BinOp<double> doubleBinOp;

double res = doubleBinOp.do_op<&mulDouble>(4, 5);

BinOp 也可以是一个带有静态方法模板 do_op(...) 的类，然后调用为

double res = BinOp<double>::do_op<&mulDouble>(4, 5);

编辑

受 0x2207 评论的启发，这里有一个仿函数，它可以接受任何具有两个参数和可转换值的函数。

struct BinOp
{
    template <typename R, typename S, typename T, typename U, typename V> R operator()(R (*binaryOp )(S, T), U u, V v)
    {
        return binaryOp(u,v);
    }

};

double subD(double a, int b)
{
    return a-b;
}

int subI(double a, int b)
{
    return (int)(a-b);
}


int main()
{
    double resD = BinOp()(&subD, 4.03, 3);
    int resI = BinOp()(&subI, 4.03, 3);

    std::cout << resD << std::endl;
    std::cout << resI << std::endl;
    return 0;
}

正确计算为 double 1.03 和 int 1

Answer 7

编辑：将运算符作为参考传递是行不通的。为简单起见，将其理解为函数指针。您只需发送指针，而不是参考。 我认为您正在尝试编写类似的内容。

struct Square
{
    double operator()(double number) { return number * number; }
};

template <class Function>
double integrate(Function f, double a, double b, unsigned int intervals)
{
    double delta = (b - a) / intervals, sum = 0.0;

    while(a < b)
    {
        sum += f(a) * delta;
        a += delta;
    }

    return sum;
}

。 .

std::cout << "interval : " << i << tab << tab << "intgeration = "
 << integrate(Square(), 0.0, 1.0, 10) << std::endl;