将（部分）模板化模板函数作为 std::function（或函数指针）传递

Question

#include <vector>
#include <functional>

template<class F>
class Foo
{
public:
    template <class T>
    void std_function(std::function<F(std::vector<T>)> functor)
    {
        /* something */
    }

    template <class T>
    void func_ptr(F (*funtor)(std::vector<T>))
    {
        /* something else */
    }
};

template<class T, class F>
F bar(std::vector<T>)
{
    return F();
}

int main()
{
    Foo<double> test;
    std::function<double(std::vector<int>)> barz = bar<int, double>;

    test.std_function(bar<int, double>); //error 1
    test.std_function(barz); //OK 1
    test.func_ptr(bar<int, double>); //OK 2

    test.std_function(bar<int>); //error 2::1
    test.func_ptr(bar<int>); //error 2::2

    return 0;
}

问题 1。

Line error 1：我试图将显式实例化的模板函数（bar<int, double>）作为std::function 传递，但这是不合法的。

Line OK 1 ：如果我将bar<int, double> 包装成std::function<double(std::vector<int>)> 并传递包装的仿函数，那么它现在是合法的。

Line OK 2 : 如果我通过Foo::func_ptr 传递bar<int, double>，它得到函数指针作为参数而不是std::function，它也是合法的。

我想让 Line error 1 合法。与 Line OK 2 一样，可以在没有任何包装的情况下传递 bar<int, double>（与 Line OK 1 不同）并保持相同的形式。但是，参数类型不同。我想作为std::function 传递，而不是函数指针。

问题 2。

Line error 2::1 and 2::2 ：我想在这里实现的是，我希望 Foo 类将 bar 的返回类型推断为其类模板类型F（对于上面的代码，F 是 double）。所以我可以直接传递为bar<int>，而不是bar<int, double>。

但它似乎推演失败，因为即使我通过Foo::func_ptr传递bar<int>，它仍然会产生错误。我怎样才能让这段代码按照我的意图工作？

Answer 1

对于错误 1，发生的事情是编译器试图替换 std::function 中的 T，但它不能，因为最终函数指针和 std::function 是不同的类型，并且没有为指向std::function的函数指针

这行得通：

std::function<double(std::vector<int>)> barz = bar<int, double>

因为std::function 巧妙地使用类型擦除编写了一个构造函数，该构造函数可以接受任何可转换为所需类型的可调用对象。请注意，这与上述错误中的类型推断不同，因为这里我们已经为 std::function 指定了模板参数。

请注意，我们可以做一些工作来让Foo::std_function 正常工作。首先更改其签名以获取转发引用：

template <class T>
void std_function(T&& functor){/*I'll talk about this in a bit*\}

然后我们可以在内部构造我们的std::function（我不知道你想要传递给它的内容），方法是使用一些辅助结构来确定它的类型。对于函数指针，我们可以执行以下操作：

// base
template<class... T>
struct function_type_impl;

// specialization for function ptrs and static class fns
template<class Ret, class... Args>
struct function_type_impl<Ret(*)(Args...)>
{
   using type = std::function<Ret(Args...)>;
};

// type alias so we don't need to keep typing typename ... ::type
template<class... T>
using function_type = typename function_type_impl<std::decay_t<T>...>::type;

然后我们可以修改我们的std_function签名：

template <class T>
void std_function(T&& functor)
{
    function_type<T> myFunction = std::forward<T>(functor);
    // do something with our std::function
}

那么你可以称它为

test.std_function(&::bar<int, double>);

但是，如果我们想要更完整，并接受函子、lambda 甚至其他 std::functions，我们可以添加更多特化：

namespace detail
{
template<class... T>
struct function_type_impl;

template<class Callable>
struct function_type_impl<Callable>
{
    using type = typename function_type_impl<decltype(&Callable::operator())>::type;
};

template<class C, class Ret, class... Args>
struct function_type_impl<Ret(C::*)(Args...) const>
{
    using type = std::function<Ret(Args...)>;
};

template<class Ret, class... Args>
struct function_type_impl<Ret(*)(Args...)>
{
    using type = std::function<Ret(Args...)>;
};

template<class... T>
using function_type = typename function_type_impl<std::decay_t<T>...>::type;
}// detail namespace

现在以下内容也将起作用：

struct MyFunctor
{
    double operator()(std::vector<int>) const
    {
        return 42;
    }
};

struct MyFunctor2
{
    static double foo(std::vector<int>)
    {
        return 42;
    }
};

int main()
{
    Foo<double> test;
    std::function<double(std::vector<int>)> barz = bar<int, double>;
    test.std_function(&::bar<int, double>);
    test.std_function(barz);
    test.std_function([](std::vector<int>)->double{return 42;});
    test.std_function(MyFunctor{});
    test.std_function(MyFunctor2::foo);
}

Live Demo

对于错误 2::1 和 2::2，问题更简单；在完全实例化之前，函数根本不存在。也就是说，您不能创建指向部分模板化函数的函数指针。尝试获取函数指针时，您必须指定所有模板参数。由于您已经指定了返回类型，如果您明确告诉func_ptr 为T 推断什么，则可以允许编译器为您实例化指针的其余部分：

test.func_ptr<int>(bar);