我可以从C调用std :: function吗？

Question

我有一些返回std::function C ++代码。 我想从一些C代码中调用它。 这可能吗？ 例如，我有以下代码：

typedef std::function<int(int)> AdderFunction;

AdderFunction makeAdder(int amount) {
    return [amount] (int n) {
        return n + amount;
    };
}

extern "C" {
    AdderFunction makeCAdder(int amount) {
        return makeAdder(amount);
    }
}

使用clang++ -std=c++11 test.cpp会导致以下警告：

'makeCAdder' has C-linkage specified, but returns user-defined type 'AdderFunction' (aka 'function<int (int)>') which is incompatible with C

我了解为什么会这样，但是想知道是否有某种模式可以实现？

Answer 1

在C / C ++之间进行接口连接的最可移植的方法是使用指针在语言之间传递数据，并使用非成员函数进行函数调用。

.h文件：

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

   // Declare the struct.
   struct Adder;

   // Declare functions to work with the struct.
   Adder* makeAdder(int amount);

   int invokeAdder(Adder* adder, int n);

   void deleteAdder(Adder* adder);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

在.cpp文件中以以下方式实现它们：

#include <functional>

typedef std::function<int(int)> AdderFunction;
struct Adder
{
   AdderFunction f;
};

AdderFunction makeAdderFunction(int amount) {
    return [amount] (int n) {
        return n + amount;
    };
}

Adder* makeAdder(int amount)
{
   Adder* adder = new Adder;
   adder->f = makeAdderFunction(amount);
   return adder;
}

int invokeAdder(Adder* adder, int n)
{
   return adder->f(n);
}

void deleteAdder(Adder* adder)
{
   delete adder;
}

Answer 2

从C调用std::function是不可能的，因为C不支持所需的语言功能。 C没有模板，访问修饰符，可调用对象，虚拟方法或std::function可能在幕后使用的任何其他内容。 您需要提出C可以理解的策略。

一种这样的策略是将std::function复制/移动到堆中，并将其作为不透明指针返回。 然后，您将通过C ++接口提供另一个函数，该函数采用该不透明指针并调用其中包含的函数。

// C side
struct function_opaque;
int call_opaque(struct function_opaque*, int param);

// C++ side
extern "C" {
    struct function_opaque {
        std::function<int(int)> f;
    };

    int call_opaque(function_opaque* func, int param) {
        return func->f(param);
    }
};

当然，这带有内存管理的含义。

Answer 3

您需要至少将typedef放在extern "C"块中（以使其编译为C ++）。 我不确定这是否可以在C中使用。 在C中工作的只是使用普通的函数指针，例如

extern "C" {
using AdderFunction = int(int);
// old-style: typedef int(*AdderFunction)(int);
}

编辑：如果您使用的API可以为您提供std::function对象，则可以使用std::function::target()方法获取其引用的（C可调用）原始函数指针。

using AdderFunction = std::function<int(int)>;
extern "C" {
using CAdderFunction = int(int);
CAdderFunction makeCAdder(int amount)
{
        return makeAdder(amount).target<CAdderFunction>();
}
}

Answer 4

另一个解决方案是将std::function拆分为一个指向闭包的指针和一个指向成员函数的指针，并将三件事传递给要调用lambda的C函数：

• 知道如何安全地在闭包上调用该函数的C ++函数的地址
• 闭包指针（不安全地转换为void * ）
• 成员函数指针（隐藏在包装结构中，并强制转换为void * ）

这是一个示例实现。

#include <functional>
#include <iostream>

template<typename Closure, typename Result, typename... Args>
struct MemberFunctionPointer
{
    Result (Closure::*value)(Args...) const;
};

template<typename Closure, typename Result, typename... Args>
MemberFunctionPointer<Closure, Result, Args...>
member_function_pointer(
    Result (Closure::*const value)(Args...) const)
{
    return MemberFunctionPointer<Closure, Result, Args...>{value};
}

template<typename Closure, typename Result, typename... Args>
Result
call(
    const void *const function,
    const void *const closure,
    Args... args)
{
    return
        ((reinterpret_cast<const Closure *>(closure))
        ->*(reinterpret_cast<const MemberFunctionPointer<Closure, Result, Args...>*>(function)->value))
        (std::forward<Args>(args)...);
}

C端的用法示例：

int
c_call(
    int (*const caller)(const void *, const void *, int),
    const void *const function,
    const void *const closure,
    int argument)
{
    return caller (function, closure, argument);
}

C ++方面的用法示例：

int
main()
{
    int captured = 5;
    auto unwrapped = [captured] (const int argument) {
        return captured + argument;
    };
    std::function<int(int)> wrapped = unwrapped;

    auto function = member_function_pointer(&decltype(unwrapped)::operator());
    auto closure = wrapped.target<decltype(unwrapped)>();
    auto caller = &call<decltype(unwrapped), int, int>;
    std::cout
        << c_call(
            caller,
            reinterpret_cast<const void *>(&function),
            reinterpret_cast<const void *>(closure),
            10)
        << '\n';
}

包装器结构的原因是您不能将成员函数指针强制转换为void *或任何其他对象指针类型，即使使用reinterpret_cast也不行，因此，我们传递成员函数指针的地址 。 您可以选择将MemberFunctionPointer结构放置在堆上，例如，使用unique_ptr ，如果该结构的生存期比此简单示例中的生存期更长。

您还可以将这三个参数包装在C端的单个结构中，而不是分别传递它们：

struct IntIntFunction
{
    int (*caller)(const void *, const void *, int);
    const void *function;
    const void *closure;
};

#define INVOKE(f, ...) ((f).caller((f).function, (f).closure, __VA_ARGS__))

int
c_call(IntIntFunction function)
{
    return INVOKE(function, 10);
}

Answer 5

此解决方案的问题是当您使用参数值调用makeAdder时。无法解决，但我发布的目的是为了防止其他人使用。

template <typename FunctionPointerType, typename Lambda, typename ReturnType, typename ...Args>
inline FunctionPointerType MakeFunc(Lambda&& lambda, ReturnType (*)(Args...))
{
    thread_local std::function<ReturnType(Args...)> func(lambda);

    struct Dummy
    {
        static ReturnType CallLambda(Args... args)
        {
            return func(std::forward<Args>(args)...);
        }
    };

    return &Dummy::CallLambda;
}

template <typename FunctionPointerType, typename Lambda>
FunctionPointerType MakeFunc(Lambda&& lambda)
{
    return MakeFunc<FunctionPointerType, Lambda>(std::forward<Lambda>(lambda), FunctionPointerType());
}


typedef int(*AdderFunction)(int);

AdderFunction makeAdder(int amount) {
    return MakeFunc<int(*)(int)>([amount] (int n) {
        return n + amount;
    });
}

extern "C" {
    typedef int(*CAdderFunction)(int);

    CAdderFunction makeCAdder(int amount)
    {
        return makeAdder(amount);
    }
}

它通过将lambda存储在线程本地std::function 。 然后返回一个指向静态函数的指针，该函数将使用传入的参数调用lambda。

我考虑过使用unordered_map并跟踪每个makeAdder调用，但是您不能从静态上下文中引用它。