C++ 函数作为模板参数与参数传递答案

【问题标题】：C++ Function passed as Template Argument vs ParameterC++ 函数作为模板参数与参数传递
【发布时间】：2023-03-26 14:03:01
【问题描述】：

在 C++ 中，有两种方法可以将一个函数传递给另一个看似等效的函数。

#include <iostream>

int add1(int i){ return i+1; }
int add2(int i){ return i+2; }

template <int (*T)(int) >
void doTemplate(int i){
    std::cout << "Do Template: " << T(i) << "\n";
}

void doParam(int i, int (*f)(int)){
    std::cout << "Do Param: " << f(i) << "\n";
}

int main(){
    doTemplate<add1>(0);
    doTemplate<add2>(0);

    doParam(0, add1);
    doParam(0, add2);
}

doTemplate 接受一个函数作为模板参数，而 doParam 接受它作为一个函数指针，它们似乎都给出了相同的结果。

使用每种方法之间的权衡是什么？

【问题讨论】：

试试doParam(0, some_condition ? add1 : add2)看看有什么不同。

标签： c++ function templates

【解决方案1】：

基于模板的版本允许编译器内联调用，因为函数的地址在编译时是已知的。显然，缺点是函数的地址必须在编译时就知道（因为您将它用作模板参数），有时这可能是不可能的。

这将我们带到第二种情况，其中函数指针可能仅在运行时确定，因此编译器无法执行内联，但让您可以灵活地在运行时确定要执行的函数被称为：

bool runtimeBooleanExpr = /* ... */;
doParam(0, runtimeBooleanExpr ? add1 : add2);

但请注意，还有第三种方法：

template<typename F>
void doParam(int i, F f){
    std::cout << "Do Param: " << f(i) << "\n";
}

这为您提供了更大的灵活性，并且仍然具有在编译时知道将要调用什么函数的优势：

doParam(0, add1);
doParam(0, add2);

它还允许传递任何可调用对象而不是函数指针：

doParam(0, my_functor());

int fortyTwo = 42;
doParam(0, [=] (int i) { return i + fortyTwo; /* or whatever... */ }

为了完整性，还有第四种方式，使用std::function:

void doParam(int x, std::function<int(int)> f);

它具有相同级别的通用性（因为您可以传递任何可调用对象），但也允许您在运行时确定可调用对象 - 很可能会降低性能，因为（再次）内联变得不可能对于编译器。

有关最后两个选项的进一步讨论，另请参阅this Q&A on StackOverflow。

【讨论】：

你能解释一下lambda中的=吗？不过我还在揉眼睛:-)
@Koushik：它按值捕获fortyTwo 变量。非捕获 lambda 不是一个很好的例子，因为它们可以隐式转换为函数指针；）
[=] 使其默认按值（而不是引用）捕获值。所以它捕获了 fortyTwo 的值 42 而不是对它的引用。这意味着如果您之后为其分配 111，则 lambda 仍将使用它捕获的值 42。
@Koushik：你的意思是，作为一种捕捉方式？不，不是在 C++11 中。如果你的意思是作为 lambda 的参数 ([] (int const&) { ... })，是的，你可以，但是对于 int，我不会费心参考 const
@AndyProwl 我的意思是捕捉。现在学会了谢谢:-) 也感谢 jcoder:-)

【解决方案2】：

模板参数

必须在编译时知道。
为参数的每个不同值导致一个函数实例化（所谓的模板膨胀）
调用的函数对编译器是透明的（内联，但可能会导致更加臃肿的双刃剑）
可以针对参数的特定值重载调用函数，而无需修改现有代码

函数指针

在运行时传递。
只导致一个调用函数（更小的目标代码）
调用的函数通常对编译器不透明（无内联）
调用函数需要一个运行时if/switch 来为参数的特殊值做一些特殊的事情，这是脆弱的

何时使用哪个版本：如果您需要速度和大量自定义，请使用模板。如果您在运行时需要灵活性，但在实现中不需要，请使用函数指针。

正如@AndyProwl 指出的那样：如果你有一个 C++11 编译器，函数指针会泛化为可调用对象，例如 std::function 和 lambda 表达式。这打开了一个全新的蠕虫罐（从某种意义上说）。

【讨论】：