std::function 的僅移動版本

Question

因為std::function是可復制的，所以標准要求用於構造它的可調用對象也是可復制的：

n337 (20.8.11.2.1)

template<class F> function(F f);

要求： F應為 CopyConstructible。 f對於參數類型ArgTypes和返回類型R應是 Callable (20.8.11.2)。 A 的復制構造函數和析構函數不應拋出異常。

這意味着不可能從不可復制的綁定對象或捕獲諸如std::unique_ptr之類的僅移動類型的 lambda 形成std::function 。

似乎可以為只移動的可調用對象實現這樣的只移動包裝器。 是否有std::function的標准庫僅移動等效項，或者是否有解決此問題的通用解決方法？

Answer 1

不，C++ std庫中沒有std::function的僅移動版本。 （從 C++14 開始）

最快的委托是一個類似std::function的類的實現，它恰好比許多std庫中的大多數std::function實現更快，並且它應該很容易分叉成move和copy版本。

使用轉發operator()將僅move函數對象包裝到類中的shared_ptr<F>是另一種方法。

這是一個task草圖：

template<class Sig>
struct task;

namespace details {
  template<class Sig>
  struct task_iimpl;
  template<class R, class...Args>
  struct task_iimpl<R(Args...)> {
    virtual ~task_iimpl() {}
    virtual R invoke(Args&&...args) const = 0;
  };
  template<class F, class Sig>
  struct task_impl;
  template<class F, class R, class...Args>
  struct task_impl<F,R(Args...)>:
    task_iimpl<R(Args...)>
  {
    F f;
    template<class T>
    task_impl(T&& t):f(std::forward<T>(t)) {}
    virtual R invoke(Args&&...args) const override {
      return f( std::forward<Args>(args...) );
    }
  };
  template<class F, class...Args>
  struct task_impl<F,void(Args...)>:
    task_iimpl<void(Args...)>
  {
    F f;
    template<class T>
    task_impl(T&& t):f(std::forward<T>(t)) {}
    virtual void invoke(Args&&...args) const override {
      f( std::forward<Args>(args...) );
    }
  };
}
template<class R, class...Args>
struct task<R(Args...)> {
  virtual ~task_iimpl() {}
  R operator()(Args...args) const {
    return pImpl->invoke(std::forward<Args>(args...));
  }
  explicit operator bool()const{ return static_cast<bool>(pImpl); }
  task(task &&)=default;
  task& operator=(task &&)=default;
  task()=default;

  // and now for a mess of constructors
  // the rule is that a task can be constructed from anything
  // callable<R(Args...)>, destroyable, and can be constructed
  // from whatever is passed in.  The callable feature is tested for
  // in addition, if constructed from something convertible to `bool`,
  // then if that test fails we construct an empty task.  This makes us work
  // well with empty std::functions and function pointers and other tasks
  // that are call-compatible, but not exactly the same:
  struct from_func_t {};
  template<class F,
    class dF=std::decay_t<F>,
    class=std::enable_if_t<!std::is_same<dF, task>{}>,
    class FR=decltype(std::declval<F const&>()(std::declval<Args>()...)),
    std::enable_if_t<std::is_same<R, void>{} || std::is_convertible<FR, R>{} >*=0,
    std::enable_if_t<std::is_convertible<dF, bool>{}>*=0
  >
  task(F&& f):
    task(
      static_cast<bool>(f)?
      task( from_func_t{}, std::forward<F>(f) ):
      task()
    )
  {}
  template<class F,
    class dF=std::decay_t<F>,
    class=std::enable_if_t<!std::is_same<dF, task>{}>,
    class FR=decltype(std::declval<F const&>()(std::declval<Args>()...)),
    std::enable_if_t<std::is_same<R, void>{} || std::is_convertible<FR, R>{} >*=0,
    std::enable_if_t<!std::is_convertible<dF, bool>{}>*=0
  >
  task(F&& f):
    task( from_func_t{}, std::forward<F>(f) )
  {}

  task(std::nullptr_t):task() {}
  // overload resolution helper when signatures match exactly:
  task( R(*pf)(Args...) ):
    task( pf?task( from_func_t{}, pf ):task() )
  {}
private:
  template<class F,
    class dF=std::decay_t<F>
  >
  task(from_func_t, F&& f):
    pImpl( std::make_unique<details::task_impl<dF,R(Args...)>>(
      std::forward<F>(f)
    )
  {}

  std::unique_ptr<details::task_iimpl<R(Args...)> pImpl;
};

但它沒有經過測試或編譯，我只是寫了它。

更工業化的版本將包括一個小型緩沖區優化 (SBO) 來存儲小的可調用對象（假設它們是可移動的；如果不可移動，則存儲在堆上以允許移動），以及一個 get-pointer-if-you-guess-the-類型正確（如std::function ）。

Answer 2

正如其他人指出的那樣，庫中沒有std::function的僅移動版本。 以下是重用（濫用？） std::function並允許它接受僅移動類型的解決方法。 它在很大程度上受到dyp 在評論中的實施的啟發，所以很多功勞歸功於他：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <type_traits>
#include <utility>

template<typename T>
class unique_function : public std::function<T>
{
    template<typename Fn, typename En = void>
    struct wrapper;

    // specialization for CopyConstructible Fn
    template<typename Fn>
    struct wrapper<Fn, std::enable_if_t< std::is_copy_constructible<Fn>::value >>
    {
        Fn fn;

        template<typename... Args>
        auto operator()(Args&&... args) { return fn(std::forward<Args>(args)...); }
    };

    // specialization for MoveConstructible-only Fn
    template<typename Fn>
    struct wrapper<Fn, std::enable_if_t< !std::is_copy_constructible<Fn>::value
        && std::is_move_constructible<Fn>::value >>
    {
        Fn fn;

        wrapper(Fn&& fn) : fn(std::forward<Fn>(fn)) { }

        wrapper(wrapper&&) = default;
        wrapper& operator=(wrapper&&) = default;

        // these two functions are instantiated by std::function
        // and are never called
        wrapper(const wrapper& rhs) : fn(const_cast<Fn&&>(rhs.fn)) { throw 0; } // hack to initialize fn for non-DefaultContructible types
        wrapper& operator=(wrapper&) { throw 0; }

        template<typename... Args>
        auto operator()(Args&&... args) { return fn(std::forward<Args>(args)...); }
    };

    using base = std::function<T>;

public:
    unique_function() noexcept = default;
    unique_function(std::nullptr_t) noexcept : base(nullptr) { }

    template<typename Fn>
    unique_function(Fn&& f) : base(wrapper<Fn>{ std::forward<Fn>(f) }) { }

    unique_function(unique_function&&) = default;
    unique_function& operator=(unique_function&&) = default;

    unique_function& operator=(std::nullptr_t) { base::operator=(nullptr); return *this; }

    template<typename Fn>
    unique_function& operator=(Fn&& f)
    { base::operator=(wrapper<Fn>{ std::forward<Fn>(f) }); return *this; }

    using base::operator();
};

using std::cout; using std::endl;

struct move_only
{
    move_only(std::size_t) { }

    move_only(move_only&&) = default;
    move_only& operator=(move_only&&) = default;

    move_only(move_only const&) = delete;
    move_only& operator=(move_only const&) = delete;

    void operator()() { cout << "move_only" << endl; }
};

int main()
{
    using fn = unique_function<void()>;

    fn f0;
    fn f1 { nullptr };
    fn f2 { [](){ cout << "f2" << endl; } }; f2();
    fn f3 { move_only(42) }; f3();
    fn f4 { std::move(f2) }; f4();

    f0 = std::move(f3); f0();
    f0 = nullptr;
    f2 = [](){ cout << "new f2" << endl; }; f2();
    f3 = move_only(69); f3();

    return 0;
}

coliru 的工作版本。

Answer 3

是的，在當前的 C++23 草案中有一個關於 std::move_only_function的提案，於 2021-10 年通過：

本文提出了一個保守的、只移動的std::function等價物。

另請參閱std::move_only_function上的 cppreference 條目：

類模板std::move_only_function是一個通用的多態函數包裝器。 std::move_only_function對象可以存儲和調用任何可構造的（不需要是可移動構造的）可調用目標——函數、lambda 表達式、綁定表達式或其他函數對象，以及指向成員函數的指針和指向成員對象的指針。
...
std::move_only_function滿足MoveConstructible和MoveAssignable的要求，但不滿足CopyConstructible或CopyAssignable 。