std::invoke详解

基础介绍

c++17版本引入了std::invoke特性，这是一个通用的调用包装器，可以统一调用：

• 普通函数
• 成员函数
• 函数对象
• Lambda表达式
• 指向成员的指针

它的主要作用是提供一个统一的方式来调用各种可调用对象。

std::invoke依赖的头文件：#include <functional>

基本用法

下面将详细介绍基本用法，即对上节中提到的对象(普通函数、成员函数、函数对象、Lambda表达式等)的调用。

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;//普通函数
void basic_function(int x)
{cout <<" 普通函数："<<x<<endl;
}//具有返回值的普通函数
int add(int a, int b) 
{return a + b;
}//成员函数
class MyClass{public:void member_function(int x){cout <<"成员函数:"<<x<<endl;}int value = 33;
}//函数对象
class Functor
{public:void operator()(int x){cout <<"仿函数对象"<<x<<endl;}
}//示例函数
void basic_usage()
{//调用普通函数std::invoke(basic_function, 5);//调用具有返回值的普通函数int value = std::invoke(add, 4, 5);//调用成员函数MyClass obj;std::invoke(&MyClass::member_function, obj, 5);//调用仿函数对象Functor funtor;std::invoke(funtor, 5);//调用lambda表达式std::invoke([](int x){cout <<"lambda表达式："<<x<<endl;
}, 5);//访问成员变量,这个成员变量必须时public的std::invoke(&Myclass::value, obj);
}

特性总结

通过上面示例可以得到以下结论：

• std::invoke表示函数调用：只要调用std::invoke，且执行了这个语句，那么就相当于调用了传入的函数对象
• std::invoke的含义传入一个函数对象及这个函数对象的参数，然后通过std::invoke完成这个函数的调用

思考：为什么引入std::invoke?

统一的调用语法

函数对象有多种，比如普通函数，成员函数、仿函数对象，lambda表达式等不同的形式，不同的函数对象的调用方法都不相同，请看下面的例子：

#include <functional>
#include <iostream>class Example {
public:void method(int x) {std::cout << "Method called: " << x << "\n";}int value = 42;
};void normal_function(int x) {std::cout << "Function called: " << x << "\n";
}void unified_call_syntax() {Example obj;// 不使用 std::invoke 时的不同调用语法normal_function(1);           // 普通函数调用obj.method(2);               // 成员函数调用int val = obj.value;         // 成员变量访问// 使用 std::invoke 的统一语法std::invoke(normal_function, 1);          // 普通函数std::invoke(&Example::method, obj, 2);    // 成员函数std::invoke(&Example::value, obj);        // 成员变量
}

从上面的例子可以看到，如果不使用std::invoke，那么不同的函数对象的对象方法和形式各不相同；但是引入std::invoke后，可以很明显的看到针对不同的函数对象实现了相同的调用形式。

泛型编程的支持

前面的例子是针对不同的函数对象不同调用，但是提到泛型编程，就会涉及不同的函数对象，不同的参数数量和类型。那如何设计一个函数可以实现不同的函数对象类型，不同参数数量和参数类型的调用呢？首先肯定是需要依靠模板实现的。请看下面的例子：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <type_traits>//函数模板
template<typename F, typename... Args>
decltype(auto) modern_call(F&& f, Args&&... args)
{return std::invoke(std::forward<F>(f),std::forward<Args>(args));
}//普通函数
void normal_function(int x) 
{std::cout << "Function called: " << x << "\n";
}
//示范类
class Calculator {
public:int add(int a, int b) { return a + b; }double factor = 1.5;
};void example() {Calculator calc;// 可以统一处理各种可调用对象modern_call(normal_function, 1);                  // 普通函数modern_call(&Calculator::add, calc, 2, 3);       // 成员函数modern_call(&Calculator::factor, calc);          // 成员变量modern_call([](int x) { return x * 2; }, 5);    // lambda表达式
}

通过上面的例子可以看到，通过modern_call的封装，实现了不同类型的函数对象的统一调用。可以这样说，若要实现对不同函数对象的统一调用的支持，必须要依靠模板的方式实现对std::invoke的封装。那这种泛型编程的应用场景有哪些呢？

• 回调系统
• 事件系统
• 命令模式

具体请看下面的例子：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>// 1. 事件系统
class EventSystem {
public:template<typename F, typename... Args>void trigger(F&& handler, Args&&... args) {std::invoke(std::forward<F>(handler),std::forward<Args>(args)...);}
};// 2. 命令模式
class Command {std::function<void()> action;
public:template<typename F, typename... Args>Command(F&& f, Args&&... args) {action = [=]() {std::invoke(f, args...);};}void execute() { action(); }
};// 3. 回调系统
class CallbackSystem {
public:template<typename Callback, typename... Args>void registerCallback(Callback&& cb, Args&&... args) {callbacks.emplace_back([=]() {std::invoke(cb, args...);});}void executeAll() {for (auto& callback : callbacks) {callback();}}private:std::vector<std::function<void()>> callbacks;
};

通过上面的例子可以清楚的看到各种场景下的使用方法，但是相同点都是在函数内部都是通过定义函数模板（泛型编程）实现的。

支持智能指针和引用包装器

#include <functional>
#include <memory>
#include <iostream>class Service {
public:int process(int x) { return x * 2; }
};void smart_pointer_example() {// 智能指针支持auto ptr = std::make_shared<Service>();auto unique = std::make_unique<Service>();// std::invoke 可以直接使用智能指针int result1 = std::invoke(&Service::process, ptr, 10);int result2 = std::invoke(&Service::process, unique, 20);// 引用包装器支持Service service;auto ref = std::ref(service);int result3 = std::invoke(&Service::process, ref, 30);
}

总结

我们需要有两个认识：

1. std::invoke可以实现对函数对象的调用，达到与直接调用函数相同的效果
2. 如果要实现类似回调系统、事件系统类似的功能，需要集合模板来实现