将函数直接传递给 std::async 和使用 std::bind 有什么区别？

Question

我最近开始向我正在处理的库添加异步支持，但我遇到了一个小问题。我从这样的事情开始（稍后会有完整的上下文）：

return executeRequest<int>(false, d, &callback, false);

那是在添加异步支持之前。我试图将其更改为：

return std::async(std::launch::async, &X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);

但是编译失败。

MCVE:

#include <iostream>
#include <future>

int callback(const int& t) {
    std::cout << t << std::endl;   
    return t;
}
class RequestData {
private:
    int x;
public:
    int& getX() {
        return x;   
    }
};
class X {
    public:
        template <typename T>
        T executeRequest(bool method, RequestData& requestData,
                       std::function<T(const int&)> parser, bool write) {
            int ref = 42;
            std::cout << requestData.getX() << std::endl;
            return parser(ref);
        }
        int nonAsync() {
            // Compiles 
            RequestData d;
            return this->executeRequest<int>(false, d, &callback, false);    
        }
        std::future<int> getComments() {
            RequestData d;
            // Doesn't compile 
            return std::async(std::launch::async, &X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);
        }
};

int main() {
    X x;
    auto fut = x.getComments();
    std::cout << "end: " << fut.get() << std::endl;
}

它失败了：

In file included from main.cpp:2:
In file included from /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/future:38:
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/functional:1505:56: error: no type named 'type' in 'std::result_of<std::_Mem_fn<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool)> (X *, bool, RequestData, int (*)(const int &), bool)>'
      typedef typename result_of<_Callable(_Args...)>::type result_type;
              ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/future:1709:49: note: in instantiation of template class 'std::_Bind_simple<std::_Mem_fn<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool)> (X *, bool, RequestData, int (*)(const int &), bool)>' requested here
          __state = __future_base::_S_make_async_state(std::__bind_simple(
                                                       ^
main.cpp:33:25: note: in instantiation of function template specialization 'std::async<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool), X *, bool, RequestData &, int (*)(const int &), bool>' requested here
            return std::async(std::launch::async, &X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);
                        ^
In file included from main.cpp:2:
In file included from /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/future:38:
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5.5.0/../../../../include/c++/5.5.0/functional:1525:50: error: no type named 'type' in 'std::result_of<std::_Mem_fn<int (X::*)(bool, RequestData &, std::function<int (const int &)>, bool)> (X *, bool, RequestData, int (*)(const int &), bool)>'
        typename result_of<_Callable(_Args...)>::type
        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~
2 errors generated.

Live example。

两者之间唯一的实际区别（至少我可以明显看到）是我需要显式传递 this，因为我引用的是成员函数

我试了一下，发现如果我用 const RequestData& 替换它，它突然被允许了。但它反而会导致其他地方出现问题，因为 getter 不是常量。至少从我能找到的来看，我需要使它成为一个 const 函数，这对 getter 本身来说很好，但我也有一些 setter，这意味着我不能这样做。

无论如何，我想我可以试试 std::bind。我将异步调用替换为：

auto func = std::bind(&X::executeRequest<int>, this, false, d, &callback, false);
return std::async(std::launch::async, func);

而且，出于某种原因，it worked。

这里让我感到困惑的是，它两次使用相同的参数（如果算上非异步变体，则全部三次），并考虑 this 参数，给定函数我调用的是一个成员函数。

我深入挖掘，找到了一些使用 std::ref 的替代解决方案（虽然参考 std::thread）。我知道 std::async 在引擎盖下运行 std::thread，所以我挖出了 the documentation:

The arguments to the thread function are moved or copied by value. If a reference argument needs to be passed to the thread function, it has to be wrapped (e.g. with std::ref or std::cref). (emphasis mine)

这是有道理的，也解释了它失败的原因。我假设 std::async 也受此限制，并解释了它失败的原因。

然而，挖掘std::bind：

The arguments to bind are copied or moved, and are never passed by reference unless wrapped in std::ref or std::cref. (emphasis mine)

我不使用 std::ref（或者如果我用 const、std::cref 替换），但至少如果我理解正确的文档，这两个应该无法编译。 example on cppreference.com 也可以在没有 std::cref 的情况下编译（在 Coliru 中使用 Clang 和 C++ 17 进行测试）。

这是怎么回事？

_{如果重要的话，除了 coliru 环境，我最初在 Docker、运行 Ubuntu 18.04 中用 Clang 8.0.1（64 位）重现了这个问题。两种情况下均针对 C++ 17 进行编译。}

Answer 1

The thing that confuses me here, is that it uses the same arguments both times

但两次转发的方式不同。调用异步版本时，调用可调用对象 as if by calling:

std::invoke(decay_copy(std::forward<Function>(f)), 
            decay_copy(std::forward<Args>(args))...);

参数变成了类似于临时变量的东西！因此，引用 RequestData& requestData 不能绑定到它的参数。 const 引用、右值引用或普通值参数在这里可以工作（如绑定），但 non-const 左值引用不能。

std::bind 的调用方式不同。它也存储副本，但是 "the ordinary stored argument arg is passed to the invokable object as lvalue argument[sic]"，具有从 bind 对象本身派生的参数的 cv 限定。由于 std::bind 创建了一个 non-const 绑定对象，因此为 requestData 提供了一个 non-const 左值的可调用对象。引用愉快地绑定到那个。

Answer 2

标准略有不同。对于 std::bind:

Requires: is_constructible_v<FD, F> shall be true. For each Ti in BoundArgs, is_constructible_v<TDi, Ti> shall be true. INVOKE(fd, w1, w2, …, wN) ([func.require]) shall be a valid expression for some values w1, w2, …, wN, where N has the value sizeof...(bound_args). The cv-qualifiers cv of the call wrapper g, as specified below, shall be neither volatile nor const volatile.

Returns: An argument forwarding call wrapper g ([func.require]). The effect of g(u1, u2, …, uM) shall be
INVOKE(fd, std::forward<V1>(v1), std::forward<V2>(v2), …, std::forward<VN>(vN))

其中 v1, ..., vN 具有特定类型。在您的情况下，重要的是对应于 d 的存储变量的类型为 std::decay_t<RequestData&>，即 RequestData。在这种情况下，您可以使用左值 RequestData.

轻松调用 executeRequest<int>

std::async的要求要强得多：

Requires: F and each Ti in Args shall satisfy the Cpp17MoveConstructible requirements, and
INVOKE(decay-copy(std::forward<F>(f)),
   decay-copy(std::forward<Args>(args))...)     // see [func.require], [thread.thread.constr]

巨大的差异是decay-copy。对于 d，您将得到以下内容：

decay-copy(std::forward<RequestData&>(d))

这是对decay-copy函数的调用（仅供说明），其return类型为std::decay_t<RequestData&>，所以RequestData，这就是编译失败的原因。

请注意，如果您使用 std::ref，行为将是未定义的，因为 d 的生命周期可能在调用 executeRequest.

之前结束

将函数直接传递给 std::async 和使用 std::bind 有什么区别？

What's the difference between passing a function directly to std::async and using std::bind?

c++

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