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C++ 如何将std:：function作为函数指针传递？

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C++ 如何将std:：function作为函数指针传递？,c++,r,function-pointers,std-function,C++,R,Function Pointers,Std Function,我试图编写一个类模板，它在内部使用一个C函数（BFGS优化的实现，由R环境提供），接口如下： void vmmin(int n, double *x, double *Fmin, optimfn fn, optimgr gr, ... , void *ex, ... ); 其中fn和gr是类型为 typedef double optimfn(int n, double *par, void *ex); 及 分别。我的C++类模板如下所示： tem

我试图编写一个类模板，它在内部使用一个
C
函数（BFGS优化的实现，由
R
环境提供），接口如下：

void vmmin(int n, double *x, double *Fmin, 
           optimfn fn, optimgr gr, ... ,
           void *ex, ... );
其中
fn
和
gr
是类型为

typedef double optimfn(int n, double *par, void *ex);
及

分别。我的
C++
类模板如下所示：

template <typename T>
class optim {
 public:
  // ...
  void minimize(T& func, arma::vec &dpar, void *ex) {
    std::function<optimfn> fn = 
      std::bind(&T::fr, func, std::placeholders::_1, 
                std::placeholders::_2, std::placeholders::_3);
    std::function<optimgr> gr = 
      std::bind(&T::grr, func, std::placeholders::_1,
                std::placeholders::_2, std::placeholders::_3,
                std::placeholders::_4);
    // ERROR: cannot convert std::function to function pointer
    vmmin(... , fn, gr, ...);
    // ...
  }  
};

模板
类optim{
公众：
// ...
无效最小化（T&func，arma:：vec&dpar，无效*ex）{
std:：函数fn=
std:：bind（&T:：fr，func，std:：占位符：：\u 1，
std：：占位符：：_2，std：：占位符：：_3）；
std:：函数gr=
标准：：绑定（&T：：grr，func，标准：：占位符：：\u 1，
标准：：占位符：：_2，标准：：占位符：：_3，
标准：：占位符：：4）；
//错误：无法将std:：函数转换为函数指针
vmmin（…，fn，gr，…）；
// ...
}  
};
因此，它可以由具有两个指定成员函数的任何类实例化，例如：

class Rosen {
 public:
  // ...
  double fr(int n, double *par, void *ex);
  void grr(int n, double *par, double *gr, void *ex);
 private:
  // ...
};

// main.cc
Rosen func;
optim<Rosen> obj;
obj.minimize(func, dpar, ex);

classrosen{
公众：
// ...
双倍fr（整数n，双倍*面值，无效*汇率）；
无效grr（整数n，双倍*par，双倍*gr，无效*ex）；
私人：
// ...
};
//main.cc
Rosen func；
optimobj；
目标最小化（func，dpar，ex）；
这可能吗？或者有更好的方法来实现这一点——将两个成员函数分别作为函数指针传递？（如果目标函数和相应的梯度很简单，写两个函数是绝对可以的。但是，大多数时候，我遇到的问题要复杂得多，我必须将问题作为一个类来实现）。

基本上，你需要一个具有正确签名的自由函数，使用带有“用户数据”的
void*
参数（如果没有用户数据，它将无法工作），以某种方式从中提取指向
std:：function
的指针/引用，并使用其他参数调用它。用一个简单的例子来说明我的意思：

void call_it(int value, void * user) {
  std::function<void(int)> * f = static_cast<std::function<void(int)>*>(user);
  (*f)(value);
}
// pass it as callback:
registerCallback(call_it, static_cast<void *>(&my_std_function));
一个用于多个功能：

template<std::size_t Num>
struct Multi {
  template<std::size_t I, typename R, typename... Args>
  struct Extract {
    std::function<R(Args...)> & get_function(void * ptr) {
      auto arr = static_cast<std::array<void *, Num> *>(ptr);
      return *(static_cast<std::function<R(Args...)>*>((*arr)[I]));
    }
  };
  template<typename... Fns>
  static void * wrap(Fns &... fns) {
    static_assert(sizeof...(fns) == Num, "Don't lie!");
    std::array<void *, Num> arr = { static_cast<void *>(&fns)... };
    return static_cast<void*>(new std::array<void *, Num>(std::move(arr)));
  }
  static void free_wrap_result(void * ptr) {
    delete (static_cast<std::array<void *, Num>*>(ptr));
  }
};

如果t
（见下文）只是我对
std:：conditional
的简写，则需要实现
使用
和
忽略
：


struct Ignore {
  template<typename Tuple>
  static std::tuple<> from(Tuple) {
    return {};
  }
};
template<std::size_t N>
struct Use {
  template<typename Tuple>
  static auto from(Tuple t) {
    return std:: make_tuple(std::get<N>(t));
  }
};



另一种解决方案是让
optim
类使用两个（可能是纯的）虚拟函数发挥其魔力，然后继承定义一个实现它们的新类
Rosen
。这看起来像


class optim {
    public:
        // ...

        virtual double fn(int n, double *par, void *ex) = 0;
        virtual void gr(int n, double *par, double *gr, void *ex) = 0;

        void minimize(arma::vec &dpar, void *ex) {
            vmmin(... , &fn, &gr, ...);
            // ...
        }
};

class Rosen : public optim {
    public:
        // ...
        double fn(int n, double *par, void *ex);
        void gr(int n, double *par, double *gr, void *ex);

    private:
        // ...
};

// main.cc    
Rosen obj;
obj.minimize(dpar, ex);


让我先说：

我不赞成使用以下库


#include<tuple>
#include<type_traits>
#include<utility>

// func_traits
template <typename T>
struct func_traits : public func_traits<decltype(&std::remove_reference_t<T>::operator())> {};

template <typename Callable, typename Ret, typename... Args>
struct func_traits<Ret(Callable::*)(Args...) const> {
    using ptr_type = Ret (*) (Args...);
    using return_type =  Ret;

    template<std::size_t i>
    struct arg
    {
        using type = typename std::tuple_element<i, std::tuple<Args...>>::type;
    };

    template<typename Ret2>
    using cast_return_type = Ret2 (*) (Args...);
};

template<typename Ret, typename... Args>
struct func_traits<Ret (&) (Args...)> : public func_traits<Ret (*) (Args...)> {};

template <typename Ret, typename... Args>
struct func_traits<Ret (*) (Args...)>
{
    using ptr_type = Ret (*) (Args...);
    using return_type =  Ret;

    template<std::size_t i>
    struct arg
    {
        using type = typename std::tuple_element<i, std::tuple<Args...>>::type;
    };

    template<typename Ret2>
    using cast_return_type = Ret2 (*) (Args...);
};



// constexpr counter
template <int N>
struct flag
{
    friend constexpr int adl_flag(flag<N>);
    constexpr operator int() { return N; }
};

template <int N>
struct write
{
    friend constexpr int adl_flag(flag<N>) { return N; }
    static constexpr int value = N;
};

template <int N, int = adl_flag(flag<N>{})>
constexpr int read(int, flag<N>, int R = read(0, flag<N + 1>{}))
{
    return R;
}

template <int N>
constexpr int read(float, flag<N>)
{
    return N;
}

template <int N = 0>
constexpr int counter(int R = write<read(0, flag<N>{})>::value)
{
    return R;
}


// fnptr
template<int nonce = counter()>
class fnptr
{
    //these are to make sure fnptr is never constructed
    //technically the first one should be enough, but compilers are not entirely standard conformant
    explicit fnptr() = delete;
    fnptr(const fnptr&) {}
    ~fnptr() = delete;

    template<typename Callable, typename Ret, typename... Args>
    static auto cast(Callable&& c, Ret(*fp)(Args...)) -> decltype(fp)
    {
        using callable_type = std::remove_reference_t<Callable>;
        static callable_type clb{std::forward<Callable>(c)};
        static bool full = false;
        if(full)
        {
            clb.~callable_type();
            new (&clb) decltype(clb){std::forward<Callable>(c)};
        }
        else
            full = true;
        return [](Args... args) noexcept(noexcept(clb(std::forward<Args>(args)...))) -> Ret
        {
            return Ret(clb(std::forward<Args>(args)...));
        };
    }

public:
    template<typename Signature, typename Callable>
    static Signature* cast(Callable&& c)
    {
        return cast(std::forward<Callable>(c), static_cast<Signature*>(nullptr));
    }

    template<typename Signature, typename Ret, typename... Args>
    static auto cast(Ret (*fp)(Args...))
    {
        static decltype(fp) fnptr;
        fnptr = fp;
        using return_type = typename func_traits<Signature*>::return_type;
        return [](Args... args) noexcept(noexcept(fp(std::forward<Args>(args)...)) -> return_type
        {
            return return_type(fnptr(std::forward<Args>(args)...));
        };
    }

    template<typename Callable>
    static auto get(Callable&& c)
    {
        return cast(std::forward<Callable>(c), typename func_traits<Callable>::ptr_type{nullptr});
    }

    template<typename Ret, typename... Args>
    static auto get(Ret (*fp)(Args...))
    {
        return fp;
    }
};



您已收到警告。
您不能在需要函数指针的地方使用std:：function。
std:：function
键入擦除其类型并允许更多该函数指针，您可以从另一个方向执行。你能让你的方法静态的直接传递它吗？或者你需要Rosen的实例吗？我是否应该发布一个非常粗糙的方法，它做了非常糟糕的事情，但从技术上来说，它肯定地回答了这个问题？@Jarod42刚刚尝试了一个简单的例子，使该方法成为静态的，它就工作了。谢谢也许我稍后会尝试一个更复杂的方法。
void*ex
是传递回调用方函数的不透明cookie，还是用于其他用途？你需要一个闭包来完成这件事，而这正是我所期望的……你测试过这个来看看会发生什么吗？你说得对，这是不可能的。抱歉，Jay，这也行不通。主要问题是编译器“无法将成员函数fn的double（optim:：*）（int，double*，void*）转换为double（）（int，double，void*）”（对于gr应该是相同的）。错误消息还说“ISO C++禁止接受不合格或括号的非静态成员函数的地址”。换句话说，它只有在成员函数是静态的情况下才起作用。哇，这太糟糕了：请注意，它（希望）会在C++17中崩溃（那时他们会设法禁止constexpr计数器）。

struct Single {
  template<typename R, typename... Args>
  struct Extract {
    std::function<R(Args...)> & get_function(void * ptr) {
        return *(static_cast<std::function<R(Args...)>*>(ptr));
    }
  };
  template<typename R, typename... Args>
  static void * wrap(std::function<R(Args...)> & fn) {
    return &fn;
  }
};



template<std::size_t Num>
struct Multi {
  template<std::size_t I, typename R, typename... Args>
  struct Extract {
    std::function<R(Args...)> & get_function(void * ptr) {
      auto arr = static_cast<std::array<void *, Num> *>(ptr);
      return *(static_cast<std::function<R(Args...)>*>((*arr)[I]));
    }
  };
  template<typename... Fns>
  static void * wrap(Fns &... fns) {
    static_assert(sizeof...(fns) == Num, "Don't lie!");
    std::array<void *, Num> arr = { static_cast<void *>(&fns)... };
    return static_cast<void*>(new std::array<void *, Num>(std::move(arr)));
  }
  static void free_wrap_result(void * ptr) {
    delete (static_cast<std::array<void *, Num>*>(ptr));
  }
};



template<
    std::size_t N,
    typename... Args,
    std::size_t... Is>
auto tuple_remove_impl(
    std::tuple<Args...> const & t,
    std::index_sequence<Is...>) {
  return std::tuple_cat(if_t<N == Is, Ignore, Use<Is>>::from(t)...);
}
template<
    std::size_t N,
    typename... Args>
auto tuple_remove (std::tuple<Args...> const & t) {
  return tuple_remove_impl<N>(t, std::index_sequence_for<Args...>{});
}



struct Ignore {
  template<typename Tuple>
  static std::tuple<> from(Tuple) {
    return {};
  }
};
template<std::size_t N>
struct Use {
  template<typename Tuple>
  static auto from(Tuple t) {
    return std:: make_tuple(std::get<N>(t));
  }
};



template<bool Condition,
         typename Then,
         typename Else>
using if_t = typename std::conditional<
    Condition, Then, Else>::type;



class optim {
    public:
        // ...

        virtual double fn(int n, double *par, void *ex) = 0;
        virtual void gr(int n, double *par, double *gr, void *ex) = 0;

        void minimize(arma::vec &dpar, void *ex) {
            vmmin(... , &fn, &gr, ...);
            // ...
        }
};

class Rosen : public optim {
    public:
        // ...
        double fn(int n, double *par, void *ex);
        void gr(int n, double *par, double *gr, void *ex);

    private:
        // ...
};

// main.cc    
Rosen obj;
obj.minimize(dpar, ex);



#include<tuple>
#include<type_traits>
#include<utility>

// func_traits
template <typename T>
struct func_traits : public func_traits<decltype(&std::remove_reference_t<T>::operator())> {};

template <typename Callable, typename Ret, typename... Args>
struct func_traits<Ret(Callable::*)(Args...) const> {
    using ptr_type = Ret (*) (Args...);
    using return_type =  Ret;

    template<std::size_t i>
    struct arg
    {
        using type = typename std::tuple_element<i, std::tuple<Args...>>::type;
    };

    template<typename Ret2>
    using cast_return_type = Ret2 (*) (Args...);
};

template<typename Ret, typename... Args>
struct func_traits<Ret (&) (Args...)> : public func_traits<Ret (*) (Args...)> {};

template <typename Ret, typename... Args>
struct func_traits<Ret (*) (Args...)>
{
    using ptr_type = Ret (*) (Args...);
    using return_type =  Ret;

    template<std::size_t i>
    struct arg
    {
        using type = typename std::tuple_element<i, std::tuple<Args...>>::type;
    };

    template<typename Ret2>
    using cast_return_type = Ret2 (*) (Args...);
};



// constexpr counter
template <int N>
struct flag
{
    friend constexpr int adl_flag(flag<N>);
    constexpr operator int() { return N; }
};

template <int N>
struct write
{
    friend constexpr int adl_flag(flag<N>) { return N; }
    static constexpr int value = N;
};

template <int N, int = adl_flag(flag<N>{})>
constexpr int read(int, flag<N>, int R = read(0, flag<N + 1>{}))
{
    return R;
}

template <int N>
constexpr int read(float, flag<N>)
{
    return N;
}

template <int N = 0>
constexpr int counter(int R = write<read(0, flag<N>{})>::value)
{
    return R;
}


// fnptr
template<int nonce = counter()>
class fnptr
{
    //these are to make sure fnptr is never constructed
    //technically the first one should be enough, but compilers are not entirely standard conformant
    explicit fnptr() = delete;
    fnptr(const fnptr&) {}
    ~fnptr() = delete;

    template<typename Callable, typename Ret, typename... Args>
    static auto cast(Callable&& c, Ret(*fp)(Args...)) -> decltype(fp)
    {
        using callable_type = std::remove_reference_t<Callable>;
        static callable_type clb{std::forward<Callable>(c)};
        static bool full = false;
        if(full)
        {
            clb.~callable_type();
            new (&clb) decltype(clb){std::forward<Callable>(c)};
        }
        else
            full = true;
        return [](Args... args) noexcept(noexcept(clb(std::forward<Args>(args)...))) -> Ret
        {
            return Ret(clb(std::forward<Args>(args)...));
        };
    }

public:
    template<typename Signature, typename Callable>
    static Signature* cast(Callable&& c)
    {
        return cast(std::forward<Callable>(c), static_cast<Signature*>(nullptr));
    }

    template<typename Signature, typename Ret, typename... Args>
    static auto cast(Ret (*fp)(Args...))
    {
        static decltype(fp) fnptr;
        fnptr = fp;
        using return_type = typename func_traits<Signature*>::return_type;
        return [](Args... args) noexcept(noexcept(fp(std::forward<Args>(args)...)) -> return_type
        {
            return return_type(fnptr(std::forward<Args>(args)...));
        };
    }

    template<typename Callable>
    static auto get(Callable&& c)
    {
        return cast(std::forward<Callable>(c), typename func_traits<Callable>::ptr_type{nullptr});
    }

    template<typename Ret, typename... Args>
    static auto get(Ret (*fp)(Args...))
    {
        return fp;
    }
};



#include<functional>
#include<iostream>

using optimfn = double (int, double*, void*);
using optimgr = void (int, double*, double*, void*);

void test(optimfn* fn, optimgr* gr)
{
    double d;
    fn(42, &d, &d);
    gr(42, &d, &d, &d);
}

int main()
{
    std::function<optimfn> fn = [](int, double*, void*){
        std::cout << "I'm fn" << std::endl;
        return 0.;
    };
    std::function<optimgr> gr = [](int, double*, double*, void*){
        std::cout << "I'm gr" << std::endl;
    };

    test(fnptr<>::get(fn), fnptr<>::get(gr));
}



std::vector<int(*)()> v;
for(int i = 0; i < 10; i++)
    v.push_back(fnptr<>::get([i]{return i;}));  // This will implode