将 lambda 参数完美转发到成员函数，其中成员函数是非类型模板参数

Question

上下文

我想将一个成员函数和一个特定的对象包装成一个函数对象（稍后我将使用它作为回调）。我想为不同的成员函数和对象编写一次这个包装函数，特别是因为我的实际 lambda 在调用包装方法之前做了一些额外的工作。以下是一些可能的实施方式：

#include <iostream>
#include <string>
#include <utility>

template <class ClassT, class... ArgsT>
auto getCallbackPtr(ClassT* obj, void(ClassT::* memfn)(ArgsT...))
{
    return [obj, memfn](ArgsT&&... args) {
        (obj->*memfn)(std::forward<ArgsT>(args)...);
    };
}
template <auto memFn, class ClassT>
auto getCallbackTemplate(ClassT* obj)
{
    return [obj](auto&&... args){
        return (obj->*memFn)(std::forward<decltype(args)>(args)...);
    };
}
template <auto memFn, class ClassT, class... ArgsT>
auto getCallbackRedundant(ClassT* obj)
{
    return [obj](ArgsT&&... args){
        return (obj->*memFn)(std::forward<ArgsT&&>(args)...);
    };
}

// Example of use
class Foo {
public:
    void bar(size_t& x, const std::string& s) { x=s.size(); }
};
int main() {
    Foo f; 
    auto c1 = getCallbackPtr(&f, &Foo::bar);
    size_t x1; c1(x1, "123"); std::cout << "c1:" << x1 << "\n";
    auto c2 = getCallbackTemplate<&Foo::bar>(&f);
    size_t x2; c2(x2, "123"); std::cout << "c2:" << x2 << "\n";
    auto c3 = getCallbackRedundant<&Foo::bar, Foo, size_t&, const std::string&>(&f);
    size_t x3; c3(x3, "123"); std::cout << "c3:" << x3 << "\n";
}

问题（简而言之）

我想要一个结合了以上三个功能的不同方面的功能：

它应该将成员函数作为编译时模板参数，不像getCallbackPtr()。
它的 operator() 不应该是模板函数，不像 getCallbackTemplate()。
它的模板参数（成员函数指针除外）应该从函数使用中推断出来，不像getCallbackRedundant()。

一些细节

以下是我希望成员函数成为模板参数的原因，尽管我必须承认这些在实践中可能不会产生明显的影响：

优化器可能会直接调用成员函数，而不是通过函数指针。事实上，由于这是唯一调用成员函数的地方，它甚至可能被编译器内联到 lambda 中。
生成的函数对象更小（一个指针而不是一个指针加一个成员函数指针），因此更有可能适合 std::function（小对象优化）的占用空间。

这是 getCallbackTemplate() 的问题，它有一个模板 operator():

它不适用于 Visual Studio。这对我来说是一个表演障碍。（错误是 error C3533: a parameter cannot have a type that contains 'auto'，参考 template <auto memFn, class ClassT>。）
如果传入了错误类型的参数，我怀疑它会比非模板化的 operator() 产生更复杂和混乱的编译器错误（诚然，这只是一种预感）。
模板化的 operator() 无法接受参数的初始化列表。这对我来说根本不是问题，但我提到它是为了记录在案。

我认为需要推断模板参数的原因很清楚：getCallbackRedundant() 过于冗长且难以使用。

这能做到吗？怎么样？

Answer 1

I would like a function that combines different aspects of the above three functions [...]

如果我理解正确，你想要什么...在我看来这是可能的，但我看到的只是一个复杂的解决方案。

希望其他人可以提出一个更简单的方法，我使用了几个助手：一个仅声明的模板函数 gth1() 从方法指针

检测 Args...

template <typename ClassT, typename ... ArgsT>
constexpr auto gth1 (void(ClassT::*)(ArgsT...)) -> std::tuple<ArgsT...>;

以及模板 gth2 结构的特化，该结构具有构造和 return lambda 的静态方法（Holt 的更正：谢谢！）

template <typename, typename, auto>
struct gth2;

template <typename ClassT, typename ... ArgsT, auto memFn>
struct gth2<ClassT, std::tuple<ArgsT...>, memFn>
 { 
   static auto getLambda (ClassT * obj)
    { return [obj](ArgsT ... args)
       { return (obj->*memFn)(std::forward<ArgsT>(args)...); }; }
 };

现在可以写一个getCallback()函数如下

template <auto memFn, typename ClassT>
auto getCallback (ClassT * obj)
 { return gth2<ClassT, decltype(gth1(memFn)), memFn>::getLambda(obj); }

以下是完整的工作示例

#include <iostream>

template <typename, typename, auto>
struct gth2;

template <typename ClassT, typename ... ArgsT, auto memFn>
struct gth2<ClassT, std::tuple<ArgsT...>, memFn>
 { 
   static auto getLambda (ClassT * obj)
    { return [obj](ArgsT ... args)
       { return (obj->*memFn)(std::forward<ArgsT>(args)...); }; }
 };

template <typename ClassT, typename ... ArgsT>
constexpr auto gth1 (void(ClassT::*)(ArgsT...)) -> std::tuple<ArgsT...>;

template <auto memFn, typename ClassT>
auto getCallback (ClassT * obj)
 { return gth2<ClassT, decltype(gth1(memFn)), memFn>::getLambda(obj); } 

// Example of use
struct Foo
 { void bar(size_t& x, const std::string& s) { x=s.size(); } };

int main ()
 {
   Foo f;

   auto l { getCallback<&Foo::bar>(&f) };

   size_t x;

   l(x, "1234567");

   std::cout << x << "\n";
 }

Answer 2

推导参数的一种简单方法是使用部分模板特化。

在这个例子中，我通过转发非类型成员函数指针和来解决问题，它是自定义仿函数的类型，然后返回。

部分专注于类型，剩下的就很简单了。

#include <iostream>
#include <string>

template <auto memFnPtr, class memFn>
struct getCallbackTemplate;

template <auto memFnPtr, class Ret, class ClassT, class... Args>
struct getCallbackTemplate<memFnPtr, Ret(ClassT::*)(Args...)>
{
    getCallbackTemplate (ClassT* obj) : m_obj(obj) {}

    Ret operator()(Args... args) {
        return (m_obj->*memFnPtr)(std::forward<Args>(args)...);
    }

    ClassT* m_obj;
};

template <auto memFn, class ClassT>
auto getCallback(ClassT* obj) {
    return getCallbackTemplate<memFn, decltype(memFn)>(obj);
}

class Foo {
public:
    void bar(std::size_t& x, const std::string& s) { x=s.size(); }
};

int main() {
    Foo f; 
    auto c1 = getCallback<&Foo::bar>(&f);
    size_t x1; c1(x1, "123"); std::cout << "c1:" << x1 << "\n";
}

Answer 3

还有一种可能。它受到其他答案的启发，但是虽然它们都使用了部分模板特化，但这个仅使用函数模板参数推导。

内部函数接受第二个参数，其类型用于本次推导，其运行时值等于非类型模板参数的编译时值。它在运行时被忽略，特别是它没有被 lambda 捕获。

template <auto memFn, class ClassT, class RetT, class... ArgsT>
inline auto getCallbackInner(ClassT* obj, RetT(ClassT::*)(ArgsT...))
{
    return [obj](ArgsT... args)->RetT {
        return (obj->*memFn)(std::forward<ArgsT>(args)...);
    };
}
template <auto memFn, class ClassT>
auto getCallback(ClassT* obj)
{
    return getCallbackInner<memFn, ClassT>(obj, memFn);
}

与其他两个答案一样，这个答案仍然使用 C++17 标准的自动模板参数，因此它在 Visual Studio 中不起作用。很遗憾，但似乎仅使用 C++14 是不可能的。

脚注：

另一个更主观但可能最正确的答案是，我不应该首先尝试将成员函数作为模板参数传递。最初的 getCallbackPtr()，它只是将一个成员函数指针绑定到 lambda 中，可能比任何其他可能性都更容易被更多的人（以及更多的编译器）理解。通过成员函数指针间接访问的性能成本可能微不足道，而使用模板技巧的维护成本很高，所以我认为我会在实践中实际使用该版本，除非有可证明的性能成本。

将 lambda 参数完美转发到成员函数，其中成员函数是非类型模板参数

Perfect forwarding of lambda arguments to member function, where member function is a non-type template parameter

lambda

member-function-pointers

variadic-templates

generic-lambda

c++17

上下文

问题（简而言之）

一些细节