前言 最近想起半年前鴿下來的Haskell，重溫了一下忘得精光的語法，讀了幾個示常式序，挺帶感的，於是函數式編程的草就種得更深了。又去Google了一下C++與FP，找到了一份近乎完美的講義，然後被帶到C++20的ranges library，對即將發佈的C++20滿懷憧憬。此時，我猛然間意識到，看 ...
前言
最近想起半年前鴿下來的Haskell，重溫了一下忘得精光的語法，讀了幾個示常式序，挺帶感的，於是函數式編程的草就種得更深了。又去Google了一下C++與FP，找到了一份近乎完美的講義，然後被帶到C++20的ranges library，對即將發佈的C++20滿懷憧憬。此時，我猛然間意識到，看別人做，覺得自己也能做好，在游戲界叫雲玩家，在編程界就叫雲程式員啊！
不行，得找點事乾。想起同樣被我鴿了很久的<functional>系列，剛好與函數式編程搭點邊，就動筆寫吧！這就是本文的來歷。
找來GCC 8.1.0的標準庫，在<functional>中找到了std::bind的實現。花了好長時間終於讀懂了，原來std::bind的原理一點都不複雜。此外，std::bind的實現依賴於std::tuple，本文理應從後者開始講起，但是又看了看<tuple>的長度和難度，寫std::tuple未免喧賓奪主了。所以，本文將聚焦於std::bind的實現，其他標準庫組件就當現成的來用了。
介面
你能點開這篇文章，說明你一定明白std::bind是乾什麼用的，以及應該怎麼用，我就不贅述了。簡而言之，std::bind用於給一個可調用對象綁定參數。可調用對象包括函數對象（仿函數）、函數指針、函數引用、成員函數指針和數據成員指針。綁定的參數可以是實際的參數，也可以是std::placeholders::_1等占位符。std::bind返回一個函數對象，稱為“bind表達式”，它被調用時，先前綁定的可調用對象被調用，參數為在std::bind中綁定的參數，占位符用調用函數對象時傳入的參數替換，_1表示第一個參數，從1開始計數。調用時多餘的參數會被求值然後忽略。
很抽象吧？看個例子：
#include <functional>
using namespace std::placeholders;
void f(int a, int b, int c, int d) { }
int main()
{
auto g = std::bind(f, 42, _2, _1, 233);
g(404, 10086, 114514);
}
這相當於調用f(42, 10086, 404, 233);。
我終究還是贅述了，那就讓贅述有點意義吧。明確兩個概念：綁定參數，指調用std::bind時傳入的除第一個可調用對象以外的參數；調用參數，指調用std::bind返回的函數對象時傳入的參數。
有三個你可能不知道的細節：
-
調用可調用對象時，綁定參數被
std::move，調用參數被std::forward，你得根據可調用對象的行為來判斷std::bind返回的函數對象是否可以多次調用。 -
綁定參數可以是bind表達式，占位符被替換為外層的調用參數，相當於用調用參數來調用這個bind表達式，求值後用來調用外層bind表達式——我是在讀源碼讀到一半一臉懵逼的時候才知道這件事的。這與可調用對象被
std::bind以後可以再std::bind並不衝突，因為bind表達式一個是作為綁定參數，另一個是作為可調用對象。 -
std::bind有個重載，可以用模板參數指定bind表達式的operator()的返回類型。
下麵的程式演示了後兩個功能：
#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std::placeholders;
class A
{
public:
A(int i) : i(i) { }
friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, const A&);
private:
int i;
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const A& a)
{
os << "A: " << a.i;
return os;
}
int main()
{
auto f = std::bind<A>(std::plus<int>(), 1, std::bind(std::multiplies<int>(), 2, _1));
std::cout << f(3) << std::endl;
}
程式輸出A: 7。
還有兩個type traits：std::is_bind_expression，對std::bind的返回類型其value為true；std::is_placeholder，對std::placeholders::_1的類型其value為1，以此類推。
實現
終於步入正題了。std::bind的實現原理並不複雜，但是標準庫要考慮各種奇葩情況，比如volatile和可變參數（如std::printf，而非變參模板）等，代碼就變長了很多（典型的有std::is_function）。
為了講解與理解的方便，我把std::bind的實現分成5個層次：
-
工具：
is_bind_expression、is_placeholder、namespace std::placeholders、_Safe_tuple_element_t和__volget，前兩個用於模板偏特化； -
_Mu：4種情況，分類討論； -
_Bind：_Bind和_Bind_result，std::bind的返回類型； -
輔助：
_Bind_check_arity、__is_socketlike、_Bind_helper和_Bindres_helper； -
std::bind本尊。
總體上，_Bind保存可調用對象和綁定參數，_Mu把綁定參數轉換為實際參數。
工具
/**
* @brief Determines if the given type _Tp is a function object that
* should be treated as a subexpression when evaluating calls to
* function objects returned by bind().
*
* C++11 [func.bind.isbind].
* @ingroup binders
*/
template<typename _Tp>
struct is_bind_expression
: public false_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<_Bind<_Signature> >
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<const _Bind<_Signature> >
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<volatile _Bind<_Signature> >
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Signature>
struct is_bind_expression<const volatile _Bind<_Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<_Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<const _Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<volatile _Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/**
* @brief Class template _Bind_result is always a bind expression.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Signature>
struct is_bind_expression<const volatile _Bind_result<_Result, _Signature>>
: public true_type { };
/** @brief The type of placeholder objects defined by libstdc++.
* @ingroup binders
*/
template<int _Num> struct _Placeholder { };
/** @namespace std::placeholders
* @brief ISO C++11 entities sub-namespace for functional.
* @ingroup binders
*/
namespace placeholders
{
/* Define a large number of placeholders. There is no way to
* simplify this with variadic templates, because we're introducing
* unique names for each.
*/
extern const _Placeholder<1> _1;
extern const _Placeholder<2> _2;
extern const _Placeholder<3> _3;
extern const _Placeholder<4> _4;
extern const _Placeholder<5> _5;
extern const _Placeholder<6> _6;
extern const _Placeholder<7> _7;
extern const _Placeholder<8> _8;
extern const _Placeholder<9> _9;
extern const _Placeholder<10> _10;
extern const _Placeholder<11> _11;
extern const _Placeholder<12> _12;
extern const _Placeholder<13> _13;
extern const _Placeholder<14> _14;
extern const _Placeholder<15> _15;
extern const _Placeholder<16> _16;
extern const _Placeholder<17> _17;
extern const _Placeholder<18> _18;
extern const _Placeholder<19> _19;
extern const _Placeholder<20> _20;
extern const _Placeholder<21> _21;
extern const _Placeholder<22> _22;
extern const _Placeholder<23> _23;
extern const _Placeholder<24> _24;
extern const _Placeholder<25> _25;
extern const _Placeholder<26> _26;
extern const _Placeholder<27> _27;
extern const _Placeholder<28> _28;
extern const _Placeholder<29> _29;
}
/**
* @brief Determines if the given type _Tp is a placeholder in a
* bind() expression and, if so, which placeholder it is.
*
* C++11 [func.bind.isplace].
* @ingroup binders
*/
template<typename _Tp>
struct is_placeholder
: public integral_constant<int, 0>
{ };
/**
* Partial specialization of is_placeholder that provides the placeholder
* number for the placeholder objects defined by libstdc++.
* @ingroup binders
*/
template<int _Num>
struct is_placeholder<_Placeholder<_Num> >
: public integral_constant<int, _Num>
{ };
template<int _Num>
struct is_placeholder<const _Placeholder<_Num> >
: public integral_constant<int, _Num>
{ };
#if __cplusplus > 201402L
template <typename _Tp> inline constexpr bool is_bind_expression_v
= is_bind_expression<_Tp>::value;
template <typename _Tp> inline constexpr int is_placeholder_v
= is_placeholder<_Tp>::value;
#endif // C++17
// Like tuple_element_t but SFINAE-friendly.
template<std::size_t __i, typename _Tuple>
using _Safe_tuple_element_t
= typename enable_if<(__i < tuple_size<_Tuple>::value),
tuple_element<__i, _Tuple>>::type::type;
// std::get<I> for volatile-qualified tuples
template<std::size_t _Ind, typename... _Tp>
inline auto
__volget(volatile tuple<_Tp...>& __tuple)
-> __tuple_element_t<_Ind, tuple<_Tp...>> volatile&
{ return std::get<_Ind>(const_cast<tuple<_Tp...>&>(__tuple)); }
// std::get<I> for const-volatile-qualified tuples
template<std::size_t _Ind, typename... _Tp>
inline auto
__volget(const volatile tuple<_Tp...>& __tuple)
-> __tuple_element_t<_Ind, tuple<_Tp...>> const volatile&
{ return std::get<_Ind>(const_cast<const tuple<_Tp...>&>(__tuple)); }
這裡好像沒什麼值得講解的呢，註釋都寫得很清楚啦。
_Mu
/**
* Maps an argument to bind() into an actual argument to the bound
* function object [func.bind.bind]/10. Only the first parameter should
* be specified: the rest are used to determine among the various
* implementations. Note that, although this class is a function
* object, it isn't entirely normal because it takes only two
* parameters regardless of the number of parameters passed to the
* bind expression. The first parameter is the bound argument and
* the second parameter is a tuple containing references to the
* rest of the arguments.
*/
template<typename _Arg,
bool _IsBindExp = is_bind_expression<_Arg>::value,
bool _IsPlaceholder = (is_placeholder<_Arg>::value > 0)>
class _Mu;
/**
* If the argument is reference_wrapper<_Tp>, returns the
* underlying reference.
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 1.
*/
template<typename _Tp>
class _Mu<reference_wrapper<_Tp>, false, false>
{
public:
/* Note: This won't actually work for const volatile
* reference_wrappers, because reference_wrapper::get() is const
* but not volatile-qualified. This might be a defect in the TR.
*/
template<typename _CVRef, typename _Tuple>
_Tp&
operator()(_CVRef& __arg, _Tuple&) const volatile
{ return __arg.get(); }
};
/**
* If the argument is a bind expression, we invoke the underlying
* function object with the same cv-qualifiers as we are given and
* pass along all of our arguments (unwrapped).
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 2.
*/
template<typename _Arg>
class _Mu<_Arg, true, false>
{
public:
template<typename _CVArg, typename... _Args>
auto
operator()(_CVArg& __arg,
tuple<_Args...>& __tuple) const volatile
-> decltype(__arg(declval<_Args>()...))
{
// Construct an index tuple and forward to __call
typedef typename _Build_index_tuple<sizeof...(_Args)>::__type
_Indexes;
return this->__call(__arg, __tuple, _Indexes());
}
private:
// Invokes the underlying function object __arg by unpacking all
// of the arguments in the tuple.
template<typename _CVArg, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
auto
__call(_CVArg& __arg, tuple<_Args...>& __tuple,
const _Index_tuple<_Indexes...>&) const volatile
-> decltype(__arg(declval<_Args>()...))
{
return __arg(std::get<_Indexes>(std::move(__tuple))...);
}
};
/**
* If the argument is a placeholder for the Nth argument, returns
* a reference to the Nth argument to the bind function object.
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 3.
*/
template<typename _Arg>
class _Mu<_Arg, false, true>
{
public:
template<typename _Tuple>
_Safe_tuple_element_t<(is_placeholder<_Arg>::value - 1), _Tuple>&&
operator()(const volatile _Arg&, _Tuple& __tuple) const volatile
{
return
::std::get<(is_placeholder<_Arg>::value - 1)>(std::move(__tuple));
}
};
/**
* If the argument is just a value, returns a reference to that
* value. The cv-qualifiers on the reference are determined by the caller.
* C++11 [func.bind.bind] p10 bullet 4.
*/
template<typename _Arg>
class _Mu<_Arg, false, false>
{
public:
template<typename _CVArg, typename _Tuple>
_CVArg&&
operator()(_CVArg&& __arg, _Tuple&) const volatile
{ return std::forward<_CVArg>(__arg); }
};
_Mu類模板用於轉換綁定參數，該調用的調用，該替換的替換。_Mu其實只起到函數模板的作用，但是函數模板不能偏特化，就只能寫成類了。因此，_Mu只有預設的構造函數，實例都是當即使用的（_Mu<T>()(...)）。
_Mu有三個參數：_Arg是一個綁定參數的類型；_IsBindExp指示它是否是bind表達式，之前提到這裡的bind表達式需要求值後才能使用，這是一種特殊情況；_IsPlaceholder指示它是否是一個占位符，占位符需要替換，這也是一種特殊情況。後兩個參數用於偏特化，別處使用時只寫第一個參數。
_Mu<T>::operator()有統一的介面：第一個參數是_CVArg類型的，滿足typename std::decay<_CVArg>::type等於_Arg，&&是通用引用，雖然_CVArg的類型是可以窮舉的，但是寫成模板就把左值、右值、const、volatile等情況一併處理掉了；第二個參數是_Tuple類型，是調用參數轉發組成的std::tuple。
至於operator()要做什麼工作，就要分情況討論了：
-
第一種情況，當
_Arg匹配到reference_wrapper<_Tp>時，operator()要做的僅僅是把reference_wrapper包裝的引用拿出來。 -
第二種情況，
_Arg是bind表達式，把std::tuple展開後給它調用。展開過程挺有意思的。假設
sizeof...(_Args) == 3，類型_Indexes就是_Index_tuple<0, 1, 2>（這可以用模板元編程來實現），__call的模板參數_Indexes是0, 1, 2，對__arg的調用展開為：__arg(std::get<0>(std::move(__tuple)), std::get<1>(std::move(__tuple)), std::get<2>(std::move(__tuple)))，3個參數的類型分別是（std::decay後）_Tuple的第0、1、2個模板參數，剛好就是調用參數的類型，與介面相符。註意
_Arg是_Bind或_Bind_result的一個實例，這裡只是去調用bind表達式，沒有深入到裡面的嵌套bind表達式和占位符替換（禁止套娃）。 -
第三種情況，
_Arg是占位符，就返回調用參數中對應的那個。占位符從1開始編號，std::tuple從0開始編號，所以要減去1。當占位符超過調用參數數量時，比如綁定參數有_3而調用參數只有2個，std::get會報錯（但是我沒理解_Safe_tuple_element_t的意義）。 -
第四種情況，
_Arg啥都匹配不上，它就是一個普普通通的值，直接轉發它即可。
_Bind
/// Type of the function object returned from bind().
template<typename _Signature>
struct _Bind;
template<typename _Functor, typename... _Bound_args>
class _Bind<_Functor(_Bound_args...)>
: public _Weak_result_type<_Functor>
{
typedef typename _Build_index_tuple<sizeof...(_Bound_args)>::__type
_Bound_indexes;
_Functor _M_f;
tuple<_Bound_args...> _M_bound_args;
// Call unqualified
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>)
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
// Call as const
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call_c(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) const
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
// Call as volatile
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call_v(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) volatile
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
// Call as const volatile
template<typename _Result, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
_Result
__call_c_v(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) const volatile
{
return std::__invoke(_M_f,
_Mu<_Bound_args>()(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...
);
}
template<typename _BoundArg, typename _CallArgs>
using _Mu_type = decltype(
_Mu<typename remove_cv<_BoundArg>::type>()(
std::declval<_BoundArg&>(), std::declval<_CallArgs&>()) );
template<typename _Fn, typename _CallArgs, typename... _BArgs>
using _Res_type_impl
= typename result_of< _Fn&(_Mu_type<_BArgs, _CallArgs>&&...) >::type;
template<typename _CallArgs>
using _Res_type = _Res_type_impl<_Functor, _CallArgs, _Bound_args...>;
template<typename _CallArgs>
using __dependent = typename
enable_if<bool(tuple_size<_CallArgs>::value+1), _Functor>::type;
template<typename _CallArgs, template<class> class __cv_quals>
using _Res_type_cv = _Res_type_impl<
typename __cv_quals<__dependent<_CallArgs>>::type,
_CallArgs,
typename __cv_quals<_Bound_args>::type...>;
public:
template<typename... _Args>
explicit _Bind(const _Functor& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(__f), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
template<typename... _Args>
explicit _Bind(_Functor&& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(std::move(__f)), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
_Bind(const _Bind&) = default;
_Bind(_Bind&& __b)
: _M_f(std::move(__b._M_f)), _M_bound_args(std::move(__b._M_bound_args))
{ }
// Call unqualified
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type<tuple<_Args...>>>
_Result
operator()(_Args&&... __args)
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type_cv<tuple<_Args...>, add_const>>
_Result
operator()(_Args&&... __args) const
{
return this->__call_c<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
#if __cplusplus > 201402L
# define _GLIBCXX_DEPR_BIND \
[[deprecated("std::bind does not support volatile in C++17")]]
#else
# define _GLIBCXX_DEPR_BIND
#endif
// Call as volatile
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type_cv<tuple<_Args...>, add_volatile>>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
_Result
operator()(_Args&&... __args) volatile
{
return this->__call_v<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const volatile
template<typename... _Args,
typename _Result = _Res_type_cv<tuple<_Args...>, add_cv>>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
_Result
operator()(_Args&&... __args) const volatile
{
return this->__call_c_v<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
};
/// Type of the function object returned from bind<R>().
template<typename _Result, typename _Signature>
struct _Bind_result;
template<typename _Result, typename _Functor, typename... _Bound_args>
class _Bind_result<_Result, _Functor(_Bound_args...)>
{
typedef typename _Build_index_tuple<sizeof...(_Bound_args)>::__type
_Bound_indexes;
_Functor _M_f;
tuple<_Bound_args...> _M_bound_args;
// sfinae types
template<typename _Res>
using __enable_if_void
= typename enable_if<is_void<_Res>{}>::type;
template<typename _Res>
using __disable_if_void
= typename enable_if<!is_void<_Res>{}, _Result>::type;
// Call unqualified
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>)
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call unqualified, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>)
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) const
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) const
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(std::get<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as volatile
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) volatile
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as volatile, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args, _Index_tuple<_Indexes...>) volatile
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const volatile
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__disable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) const volatile
{
return std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
// Call as const volatile, return void
template<typename _Res, typename... _Args, std::size_t... _Indexes>
__enable_if_void<_Res>
__call(tuple<_Args...>&& __args,
_Index_tuple<_Indexes...>) const volatile
{
std::__invoke(_M_f, _Mu<_Bound_args>()
(__volget<_Indexes>(_M_bound_args), __args)...);
}
public:
typedef _Result result_type;
template<typename... _Args>
explicit _Bind_result(const _Functor& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(__f), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
template<typename... _Args>
explicit _Bind_result(_Functor&& __f, _Args&&... __args)
: _M_f(std::move(__f)), _M_bound_args(std::forward<_Args>(__args)...)
{ }
_Bind_result(const _Bind_result&) = default;
_Bind_result(_Bind_result&& __b)
: _M_f(std::move(__b._M_f)), _M_bound_args(std::move(__b._M_bound_args))
{ }
// Call unqualified
template<typename... _Args>
result_type
operator()(_Args&&... __args)
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const
template<typename... _Args>
result_type
operator()(_Args&&... __args) const
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as volatile
template<typename... _Args>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
result_type
operator()(_Args&&... __args) volatile
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
// Call as const volatile
template<typename... _Args>
_GLIBCXX_DEPR_BIND
result_type
operator()(_Args&&... __args) const volatile
{
return this->__call<_Result>(
std::forward_as_tuple(std::forward<_Args>(__args)...),
_Bound_indexes());
}
};
#undef _GLIBCXX_DEPR_BIND
這一段就開始啰嗦了，但也沒有辦法，const加倍，volatile再加倍。有些地方還要考慮&、&&和noexcept，以至於不得不用巨集來定義。還好C++只有這幾個修飾符。
回到正題。_Bind包含兩個成員，可調用對象和綁定的參數，後者包在一個std::tuple中保存。構造函數把可調用對象拷貝或移動進來，綁定參數轉發進來保存。_Bind類支持拷貝和移動，行為都是預設的。
_Bound_indexes與_Mu<_Arg, true, false>中的_Indexes相同，__call中的調用也與_Mu<_Arg, true, false>::operator()類似，不過不是用括弧調用，而是用std::invoke，這把函數對象和成員指針等不同調用格式統一了起來。
有或沒有cv修飾符的__call和operator()大體上相同，無非是參數和返回類型有些許區別。為了方便表示這些大同小異的類型，_Bind類中定義了一些工具：
-
_Mu_type把綁定參數類型轉換為實際參數類型； -
_Res_type_impl定義返回類型，在不指定返回類型的std::bind中，返回類型是自動推導的； -
_Res_type定義可調用對象沒有加cv修飾符時的返回類型； -
_Res_type_cv定義可調用對象加了cv修飾符時的返回類型。cv修飾符共有3種組合，_Res_type_cv用模板參數__cv_quals來區分，模板里套模板，嗯，有內味了！我第一次見到這種操作時，跟當初學函數指針時一樣激動——等等，__cv_quals不也是函數一樣的東西作為參數嗎？
定義好了這些類型，4種__call和operator()就很容易實現了，這在_Mu的bind表達式的情況中已經分析過了。
_Bind_result略有不同，既然返回類型已經規定好了，就不用各種定義了，但是又多出對void的討論。在返回類型為void的函數中，你可以返回一個返回類型為void的表達式（但是不能直接return void;），但是你不能返回一個非void表達式，因此std::bind<void>是一種特殊情況，_Bind_result對_Result為void需要專門的處理。
__enable_if_void和__disable_if_void分別在_Res是和不是void的時候有意義。每種__call函數都有兩個，返回__disable_if_void<_Res>的有return語句，另一個沒有。對於特定的_Result，兩個函數中總是恰好有一個合法，根據SFINAE，另一個被忽略，void的情況就是這麼處理的。
輔助
template<typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity { };
template<typename _Ret, typename... _Args, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity<_Ret (*)(_Args...), _BoundArgs...>
{
static_assert(sizeof...(_BoundArgs) == sizeof...(_Args),
"Wrong number of arguments for function");
};
template<typename _Ret, typename... _Args, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity<_Ret (*)(_Args......), _BoundArgs...>
{
static_assert(sizeof...(_BoundArgs) >= sizeof...(_Args),
"Wrong number of arguments for function");
};
template<typename _Tp, typename _Class, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_check_arity<_Tp _Class::*, _BoundArgs...>
{
using _Arity = typename _Mem_fn<_Tp _Class::*>::_Arity;
using _Varargs = typename _Mem_fn<_Tp _Class::*>::_Varargs;
static_assert(_Varargs::value
? sizeof...(_BoundArgs) >= _Arity::value + 1
: sizeof...(_BoundArgs) == _Arity::value + 1,
"Wrong number of arguments for pointer-to-member");
};
// Trait type used to remove std::bind() from overload set via SFINAE
// when first argument has integer type, so that std::bind() will
// not be a better match than ::bind() from the BSD Sockets API.
template<typename _Tp, typename _Tp2 = typename decay<_Tp>::type>
using __is_socketlike = __or_<is_integral<_Tp2>, is_enum<_Tp2>>;
template<bool _SocketLike, typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_helper
: _Bind_check_arity<typename decay<_Func>::type, _BoundArgs...>
{
typedef typename decay<_Func>::type __func_type;
typedef _Bind<__func_type(typename decay<_BoundArgs>::type...)> type;
};
// Partial specialization for is_socketlike == true, does not define
// nested type so std::bind() will not participate in overload resolution
// when the first argument might be a socket file descriptor.
template<typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bind_helper<true, _Func, _BoundArgs...>
{ };
template<typename _Result, typename _Func, typename... _BoundArgs>
struct _Bindres_helper
: _Bind_check_arity<typename decay<_Func>::type, _BoundArgs...>
{
typedef typename decay<_Func>::type __functor_type;
typedef _Bind_result<_Result,
__functor_type(typename decay<_BoundArgs>::type...)>
type;
};
_Bind_check_arity檢查參數數量：當可調用對象是函數或類成員時，可以檢查綁定參數與可調用對象需要的參數是否匹配；如果函數是變參的，綁定參數數量得大於等於函數參數數量；如果是類成員，還要加上1作為this指針。_Bind_helper繼承_Bind_check_arity，實例化時會檢查參數數量，如果錯誤的話編譯器會輸出static_assert錯誤，這樣比較好看。（你敢直面模板錯誤嗎？）
__is_socketlike用於消除重載：BSD套接字API中有::bind函數，其第一個參數是整型或枚舉，不可能是可調用對象。當_Bind_helper的第一個模板參數為true時，類中沒有定義type類型，根據SFINAE，bind調用匹配到::bind。
bind
/**
* @brief Function template for std::bind.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Func, typename... _BoundArgs>
inline typename
_Bind_helper<__is_socketlike<_Func>::value, _Func, _BoundArgs...>::type
bind(_Func&& __f, _BoundArgs&&... __args)
{
typedef _Bind_helper<false, _Func, _BoundArgs...> __helper_type;
return typename __helper_type::type(std::forward<_Func>(__f),
std::forward<_BoundArgs>(__args)...);
}
/**
* @brief Function template for std::bind<R>.
* @ingroup binders
*/
template<typename _Result, typename _Func, typename... _BoundArgs>
inline
typename _Bindres_helper<_Result, _Func, _BoundArgs...>::type
bind(_Func&& __f, _BoundArgs&&... __args)
{
typedef _Bindres_helper<_Result, _Func, _BoundArgs...> __helper_type;
return typename __helper_type::type(std::forward<_Func>(__f),
std::forward<_BoundArgs>(__args)...);
}
把可調用對象轉發進_Bind或_Bind_result並返回，這就是std::bind的工作。
展望
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對C++的展望：lambda、
std::function、std::bind都是C++用以支持函數式範式的工具，而對數據的函數式處理，還需藉由Boost.Range或在C++20中標準化的namespace std::ranges來完成。 -
對本文的展望：
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正如前言所述，
std::tuple的實現是std::bind的實現中的主體，我應該再開一篇來講std::tuple的原理； -
對於一個想深入瞭解
std::bind的讀者來說，帶著他欣賞源碼可能不如手把手寫一遍來得有效。我實現過、擴展過std::function，可惜C++模板學藝不精，眼下還不能把實現中的每個細節都講明白。很巧的是就在剛纔，學校里的老師問我要刪減的論文，被刪減的附錄中就包括一個std::function的擴展，等有機會再寫吧。
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對我的展望：學模板、學FP。
