将任何 lambda 函数（包括捕获 lambda）转换为 std::function 对象的模板

我有以下代码可以将 lambda 转换为 C 风格函数指针。这适用于所有 lambda，包括带有捕获的 lambda。

#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

template <typename Lambda>
struct lambda_traits : lambda_traits<decltype(&Lambda::operator())>
{};

template <typename Lambda, typename Return, typename... Args>
struct lambda_traits<Return(Lambda::*)(Args...)> : lambda_traits<Return(Lambda::*)(Args...) const>
{};

template <typename Lambda, typename Return, typename... Args>
struct lambda_traits<Return(Lambda::*)(Args...) const>
{
    using pointer = typename std::add_pointer<Return(Args...)>::type;

    static pointer to_pointer(Lambda&& lambda)
    {
        static Lambda static_lambda = std::forward<Lambda>(lambda);
        return [](Args... args){
            return static_lambda(std::forward<Args>(args)...);
        };
    }
};

template <typename Lambda>
inline typename lambda_traits<Lambda>::pointer to_pointer(Lambda&& lambda)
{
    return lambda_traits<Lambda>::to_pointer(std::forward<Lambda>(lambda));
}

可以按如下方式使用它来将带有捕获的 lambda 传递到 C 风格的 API 中：

// Function that takes a C-style function pointer as an argument
void call_function(void(*function)())
{
    (*function)();
}

int main()
{
    int x = 42;

    // Pass the lambda to the C-style API
    // This works even though the lambda captures 'x'!
    call_function(to_pointer([x] {
        std::cout << x << std::endl;
        }));
}

鉴于此，编写一个类似的模板似乎应该相对简单，该模板可以将 lambda（包括带有捕获的 lambda）一般转换为std::function对象，但我正在努力弄清楚如何实现。 （我不太熟悉模板元编程技术，所以我有点迷失）

这是我尝试过的，但无法编译：

template <typename Lambda>
struct lambda_traits : lambda_traits<decltype(&Lambda::operator())>
{};

template <typename Lambda, typename Return, typename... Args>
struct lambda_traits<typename std::function<Return(Args...)>> : lambda_traits<typename std::function<Return(Args...)> const>
{};

template <typename Lambda, typename Return, typename... Args>
struct lambda_traits<typename std::function<Return(Args...)> const>
{
    using pointer = typename std::function<Return(Args...)>*;

    static pointer to_pointer(Lambda&& lambda)
    {
        static Lambda static_lambda = std::forward<Lambda>(lambda);
        return [](Args... args) {
            return static_lambda(std::forward<Args>(args)...);
        };
    }
};

template <typename Lambda>
inline typename lambda_traits<Lambda>::pointer to_pointer(Lambda&& lambda)
{
    return lambda_traits<Lambda>::to_pointer(std::forward<Lambda>(lambda));
}

这无法编译并表示Lambda部分特化未使用模板参数。

这样做的正确方法是什么？

（请注意，我一直使用 C++11 兼容编译器，因此 C++14 及更高版本的功能不可用）

如果要将可调用对象转换为std::function不指定签名者的签名std::function，这正是C++17 的推导指南std::function是给。我们只需要为 C++11 实现一个版本。请注意，这仅适用于具有非重载的可调用对象operator();否则，没有办法做到这一点。

#include <functional>
#include <utility> // std::declval

// Using these functions just for the return types, so they don't need an implementation.

// Support function pointers
template <typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function(R(*)(ArgTypes...)) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

// Support callables (note the _impl on the name).
// Many overloads of this to support different const qualifiers and
// ref qualifiers. Technically should also support volatile, but that
// doubles the number of overloads and isn't needed for this illustration.
template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...)) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...) const) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...) &) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...) const&) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...) &&) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...) const&&) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

// To deduce the function type for a callable, get its operator() and pass that to
// the _impl functions above.
template <typename Function>
auto deduce_std_function(Function)
    -> decltype(deduce_std_function_impl(&Function::operator()));

template <typename Function>
using deduce_std_function_t = decltype(deduce_std_function(std::declval<Function>()));

template <typename F>
auto to_std_function(F&& fn) -> deduce_std_function_t<F> {
    return deduce_std_function_t<F>(std::forward<F>(fn));
}

Demo

更详细的解释

我们需要推断出函数类型std::function<...>。所以我们需要实施某种deduce_std_function计算出函数类型。有多种选择可以实现此目的：

• Make a function_traitstype 为我们计算出函数类型（类似于您的lambda_traits).
• 实施deduce_std_function作为重载集，其中重载的返回类型是推导类型。

我选择后者是因为它模仿演绎指南。前者也可以，但我认为这种方法可能更容易（函数样板比结构样板小）。

简单的情况

查看文档std::function的推演指南，有一个简单的：

template<class R, class... ArgTypes>
function(R(*)(ArgTypes...)) -> function<R(ArgTypes...)>;

这可以很容易地翻译成：

template <typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function(R(*)(ArgTypes...)) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

基本上，给定任何函数指针R(*)(ArgTypes...)，我们想要的类型是std::function<R(ArgTypes...)>.

更棘手的情况

文档将第二种情况描述为：

此重载仅参与重载决策，如果&F::operator()当被视为未评估的操作数时是格式良好的 和decltype(&F::operator())是这样的形式R(G::*)(A...)（可选 cv 限定，可选 noexcept，可选左值引用 合格）对于某些类类型 G。推导出的类型是std::function<R(A...)>.

那是一口。然而，这里的关键思想是：

• "decltype(&F::operator())是这样的形式R(G::*)(A...)"
• “推导出来的类型是std::function<R(A...)>"

这意味着我们需要获取指向成员函数的指针operator()并使用该成员函数指针的签名作为std::function.

这就是它的来源：

template <typename Function>
auto deduce_std_function(Function)
    -> decltype(deduce_std_function_impl(&Function::operator()));

我们委托给deduce_std_function_impl因为我们需要推导出成员函数指针的签名&Function::operator().

该 impl 函数的有趣重载是：

template <typename F, typename R, typename... ArgTypes>
auto deduce_std_function_impl(R(F::*)(ArgTypes...)) -> std::function<R(ArgTypes...)>;

简而言之，我们正在获取签名（R ... (ArgTypes...)位）的成员函数指针并将其用于std::function。语法的其余部分（(F::*)bit) 只是指向成员函数的指针的语法。R(F::*)(ArgTypes...)是类的成员函数指针的类型F与签名R(ArgTypes...)并且没有 const、易失性或引用限定符。

可是等等！我们希望支持 const 和引用限定符（您可能也希望添加对 volatile 的支持）。所以我们需要复制deduce_std_function_impl上面，每个预选赛一次：