Boost的signals2允许您以线程安全的方式订阅泛型成员函数(没有模板!)

示例:文档-视图信号可用于实现灵活 文档视图架构。该文档将包含到的信号 每个视图都可以连接。下面的文档类 定义支持多视图的简单文本文档。请注意, 它存储了一个信号，所有视图都将连接到这个信号。

class Document
{
public:
    typedef boost::signals2::signal<void ()>  signal_t;

public:
    Document()
    {}

    /* Connect a slot to the signal which will be emitted whenever
      text is appended to the document. */
    boost::signals2::connection connect(const signal_t::slot_type &subscriber)
    {
        return m_sig.connect(subscriber);
    }

    void append(const char* s)
    {
        m_text += s;
        m_sig();
    }

    const std::string& getText() const
    {
        return m_text;
    }

private:
    signal_t    m_sig;
    std::string m_text;
};

接下来，我们可以开始定义视图。下面的TextView类 提供文档文本的简单视图。

class TextView
{
public:
    TextView(Document& doc): m_document(doc)
    {
        m_connection = m_document.connect(boost::bind(&TextView::refresh, this));
    }

    ~TextView()
    {
        m_connection.disconnect();
    }

    void refresh() const
    {
        std::cout << "TextView: " << m_document.getText() << std::endl;
    }
private:
    Document&               m_document;
    boost::signals2::connection  m_connection;
};

@Pixelchemist已经给出了一个全面的答案。但作为一名网络开发人员，我可以给出一些建议。

通常我们使用tcp来开发一个web框架，所以通常我们有一个结构:

TcpServer listen port and register the socket to epoll or something
  -> TcpServer receive new connection 
    -> HttpConenction deal the data from the connection 
      -> HttpServer call Handler to deal with HttpConnection.
        -> Handler contain codes like save into database and fetch from db

我们可以按顺序开发框架，但它对只想关心Handler的用户并不友好。是时候使用回调了。

Mutiple Handler written by user
  -> register the handler as callback property of HttpServer
    -> register the related methods in HttpServer to HttpConnection
      -> register the relate methods in HttpConnection to TcpServer

所以用户只需要注册他们的处理程序到httpserver(通常用一些路径字符串作为键)，其他的事情是框架可以做的通用的。

你会发现我们可以把回调当成一种context，我们想委托给其他人为我们做。核心是我们不知道什么时候是调用函数的最佳时间，但我们委托的人知道。

C语言中也有回调的方法:函数指针

// Define a type for the callback signature,
// it is not necessary but makes life easier

// Function pointer called CallbackType that takes a float
// and returns an int
typedef int (*CallbackType)(float);

void DoWork(CallbackType callback)
{
  float variable = 0.0f;
  
  // Do calculations
  
  // Call the callback with the variable, and retrieve the
  // result
  int result = callback(variable);

  // Do something with the result
}

int SomeCallback(float variable)
{
  int result;

  // Interpret variable

  return result;
}

int main(int argc, char ** argv)
{
  // Pass in SomeCallback to the DoWork
  DoWork(&SomeCallback);
}

现在，如果你想将类方法作为回调函数传入，对这些函数指针的声明会有更复杂的声明，例如:

// Declaration:
typedef int (ClassName::*CallbackType)(float);

// This method performs work using an object instance
void DoWorkObject(CallbackType callback)
{
  // Class instance to invoke it through
  ClassName objectInstance;

  // Invocation
  int result = (objectInstance.*callback)(1.0f);
}

//This method performs work using an object pointer
void DoWorkPointer(CallbackType callback)
{
  // Class pointer to invoke it through
  ClassName * pointerInstance;

  // Invocation
  int result = (pointerInstance->*callback)(1.0f);
}

int main(int argc, char ** argv)
{
  // Pass in SomeCallback to the DoWork
  DoWorkObject(&ClassName::Method);
  DoWorkPointer(&ClassName::Method);
}

注意:大多数答案都涉及函数指针，这是在c++中实现“回调”逻辑的一种可能性，但到目前为止，我认为这不是最有利的。

什么是回调(?)以及为什么要使用它们(!)

回调是类或函数接受的可调用对象(见下文)，用于根据回调自定义当前逻辑。

使用回调函数的一个原因是编写独立于被调用函数逻辑的泛型代码，并且可以使用不同的回调函数重用。

标准算法库<algorithm>的许多函数使用回调。例如，for_each算法对迭代器范围内的每个项应用一元回调:

template<class InputIt, class UnaryFunction>
UnaryFunction for_each(InputIt first, InputIt last, UnaryFunction f)
{
  for (; first != last; ++first) {
    f(*first);
  }
  return f;
}

它可以用来先增加，然后通过传递适当的可调用对象来打印一个向量，例如:

std::vector<double> v{ 1.0, 2.2, 4.0, 5.5, 7.2 };
double r = 4.0;
std::for_each(v.begin(), v.end(), [&](double & v) { v += r; });
std::for_each(v.begin(), v.end(), [](double v) { std::cout << v << " "; });

的打印

5 6.2 8 9.5 11.2

回调的另一个应用是某些事件的通知调用者，这使得一定程度的静态/编译时灵活性成为可能。

就我个人而言，我使用了一个使用两种不同回调的本地优化库:

如果需要函数值和基于输入值向量的梯度，则调用第一个回调(逻辑回调:函数值确定/梯度推导)。 第二个回调对每个算法步骤调用一次，并接收关于算法收敛的某些信息(通知回调)。

因此，库设计人员不负责决定如何处理提供给程序员的信息 通过通知回调，他不需要担心如何确定函数值因为它们是由逻辑回调提供的。正确处理这些事情是库用户的任务，并使库保持精简和更通用。

此外，回调可以启用动态运行时行为。

想象一下，某些游戏引擎类有一个函数，每次用户按下键盘上的一个按钮，就会触发一组函数来控制你的游戏行为。 通过回调，你可以在运行时(重新)决定将采取哪个操作。

void player_jump();
void player_crouch();

class game_core
{
    std::array<void(*)(), total_num_keys> actions;
    // 
    void key_pressed(unsigned key_id)
    {
        if(actions[key_id]) actions[key_id]();
    }
    // update keybind from menu
    void update_keybind(unsigned key_id, void(*new_action)())
    {
        actions[key_id] = new_action;
    }
};

在这里，key_pressed函数使用存储在动作中的回调来获得按下某个键时所需的行为。 如果玩家选择改变跳跃按钮，引擎就可以调用

game_core_instance.update_keybind(newly_selected_key, &player_jump);

因此，在下次游戏中按下这个按钮时，改变调用key_pressed的行为(调用player_jump)。

c++(11)中什么是可调用对象?

有关更正式的描述，请参阅c++概念:Callable on cppreference。

回调功能可以在c++(11)中以多种方式实现，因为有几种不同的东西是可调用的*:

函数指针(包括指向成员函数的指针) std::函数对象 Lambda表达式 绑定表达式 函数对象(具有重载函数调用操作符operator()的类)

*注意:指向数据成员的指针也是可调用的，但根本不调用函数。

详细编写回调函数的几种重要方法

X.1在本文中“编写”回调是指声明和命名回调类型的语法。 X.2“调用”回调是指调用这些对象的语法。 X.3“Using”回调是指使用回调将参数传递给函数时的语法。

注意:从c++ 17开始，像f(…)这样的调用可以写成std::invoke(f，…)，它也处理指向成员大小写的指针。

1. 函数指针

函数指针是“最简单的”(就通用性而言;在可读性方面，可以说是最糟糕的)回调类型。

让我们有一个简单的函数foo:

int foo (int x) { return 2+x; }

1.1编写函数指针/类型表示法

函数指针类型具有表示法

return_type (*)(parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)
// i.e. a pointer to foo has the type:
int (*)(int)

在哪里命名函数指针类型将看起来像

return_type (* name) (parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)

// i.e. f_int_t is a type: function pointer taking one int argument, returning int
typedef int (*f_int_t) (int); 

// foo_p is a pointer to function taking int returning int
// initialized by pointer to function foo taking int returning int
int (* foo_p)(int) = &foo; 
// can alternatively be written as 
f_int_t foo_p = &foo;

using声明为我们提供了一个选项，使事情更具可读性，因为f_int_t的typedef也可以写成:

using f_int_t = int(*)(int);

哪里(至少对我来说)更清楚，f_int_t是新的类型别名和识别函数指针类型也更容易

使用函数指针类型的回调函数的声明将是:

// foobar having a callback argument named moo of type 
// pointer to function returning int taking int as its argument
int foobar (int x, int (*moo)(int));
// if f_int is the function pointer typedef from above we can also write foobar as:
int foobar (int x, f_int_t moo);

1.2回调调用表示法

调用表示法遵循简单的函数调用语法:

int foobar (int x, int (*moo)(int))
{
    return x + moo(x); // function pointer moo called using argument x
}
// analog
int foobar (int x, f_int_t moo)
{
    return x + moo(x); // function pointer moo called using argument x
}

回调使用符号和兼容类型

接受函数指针的回调函数可以使用函数指针调用。

使用一个接受函数指针回调的函数相当简单:

 int a = 5;
 int b = foobar(a, foo); // call foobar with pointer to foo as callback
 // can also be
 int b = foobar(a, &foo); // call foobar with pointer to foo as callback

1.4的例子

可以编写一个不依赖于回调工作方式的函数:

void tranform_every_int(int * v, unsigned n, int (*fp)(int))
{
  for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
  {
    v[i] = fp(v[i]);
  }
}

可能的回调在哪里

int double_int(int x) { return 2*x; }
int square_int(int x) { return x*x; }

使用像

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
tranform_every_int(&a[0], 5, double_int);
// now a == {2, 4, 6, 8, 10};
tranform_every_int(&a[0], 5, square_int);
// now a == {4, 16, 36, 64, 100};

2. 指向成员函数的指针

指向成员函数(属于C类)的指针是一种特殊类型(甚至更复杂)的函数指针，需要对C类型的对象进行操作。

struct C
{
    int y;
    int foo(int x) const { return x+y; }
};

将指针写入成员函数/类型表示法

指向某个类T的成员函数类型的指针具有此符号

// can have more or less parameters
return_type (T::*)(parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)
// i.e. a pointer to C::foo has the type
int (C::*) (int)

指向成员函数的命名指针——类似于函数指针——看起来像这样:

return_type (T::* name) (parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)

// i.e. a type `f_C_int` representing a pointer to member function of `C`
// taking int returning int is:
typedef int (C::* f_C_int_t) (int x); 

// The type of C_foo_p is a pointer to member function of C taking int returning int
// Its value is initialized by a pointer to foo of C
int (C::* C_foo_p)(int) = &C::foo;
// which can also be written using the typedef:
f_C_int_t C_foo_p = &C::foo;

示例:声明一个函数将成员函数callback的指针作为其参数之一:

// C_foobar having an argument named moo of type pointer to member function of C
// where the callback returns int taking int as its argument
// also needs an object of type c
int C_foobar (int x, C const &c, int (C::*moo)(int));
// can equivalently declared using the typedef above:
int C_foobar (int x, C const &c, f_C_int_t moo);

2.2回调调用表示法

对于C类型的对象，可以通过对解引用指针使用成员访问操作来调用指向C的成员函数的指针。 注意:需要括号!

int C_foobar (int x, C const &c, int (C::*moo)(int))
{
    return x + (c.*moo)(x); // function pointer moo called for object c using argument x
}
// analog
int C_foobar (int x, C const &c, f_C_int_t moo)
{
    return x + (c.*moo)(x); // function pointer moo called for object c using argument x
}

注意:如果指向C的指针可用，语法是等价的(指向C的指针也必须被解引用):

int C_foobar_2 (int x, C const * c, int (C::*meow)(int))
{
    if (!c) return x;
    // function pointer meow called for object *c using argument x
    return x + ((*c).*meow)(x); 
}
// or equivalent:
int C_foobar_2 (int x, C const * c, int (C::*meow)(int))
{
    if (!c) return x;
    // function pointer meow called for object *c using argument x
    return x + (c->*meow)(x); 
}

回调使用符号和兼容类型

使用类T的成员函数指针的回调函数可以使用类T的成员函数指针调用。

使用一个带有成员函数回调指针的函数——类似于函数指针——也非常简单:

 C my_c{2}; // aggregate initialization
 int a = 5;
 int b = C_foobar(a, my_c, &C::foo); // call C_foobar with pointer to foo as its callback

3.Std::函数对象(头文件<功能性>)

function类是一个多态函数包装器，用于存储、复制或调用可调用对象。

3.1编写std::function对象/类型符号

存储可调用对象的std::function对象的类型如下:

std::function<return_type(parameter_type_1, parameter_type_2, parameter_type_3)>

// i.e. using the above function declaration of foo:
std::function<int(int)> stdf_foo = &foo;
// or C::foo:
std::function<int(const C&, int)> stdf_C_foo = &C::foo;

3.2回调表示法

类std::function定义了operator()，可用于调用其目标。

int stdf_foobar (int x, std::function<int(int)> moo)
{
    return x + moo(x); // std::function moo called
}
// or 
int stdf_C_foobar (int x, C const &c, std::function<int(C const &, int)> moo)
{
    return x + moo(c, x); // std::function moo called using c and x
}

回调使用符号和兼容类型

std::function回调函数比函数指针或指向成员函数的指针更通用，因为不同的类型可以传递并隐式转换为std::function对象。

3.3.1函数指针和指向成员函数的指针

函数指针

int a = 2;
int b = stdf_foobar(a, &foo);
// b == 6 ( 2 + (2+2) )

或者指向成员函数的指针

int a = 2;
C my_c{7}; // aggregate initialization
int b = stdf_C_foobar(a, c, &C::foo);
// b == 11 == ( 2 + (7+2) )

可以使用。

3.3.2 Lambda表达式

lambda表达式中的未命名闭包可以存储在std::function对象中:

int a = 2;
int c = 3;
int b = stdf_foobar(a, [c](int x) -> int { return 7+c*x; });
// b == 15 ==  a + (7*c*a) == 2 + (7+3*2)

3.3.3 std::bind表达式

std::bind表达式的结果可以被传递。例如，通过将参数绑定到函数指针调用:

int foo_2 (int x, int y) { return 9*x + y; }
using std::placeholders::_1;

int a = 2;
int b = stdf_foobar(a, std::bind(foo_2, _1, 3));
// b == 23 == 2 + ( 9*2 + 3 )
int c = stdf_foobar(a, std::bind(foo_2, 5, _1));
// c == 49 == 2 + ( 9*5 + 2 )

对象也可以被绑定为调用成员函数指针的对象:

int a = 2;
C const my_c{7}; // aggregate initialization
int b = stdf_foobar(a, std::bind(&C::foo, my_c, _1));
// b == 1 == 2 + ( 2 + 7 )

3.3.4函数对象

具有适当operator()重载的类的对象也可以存储在std::function对象中。

struct Meow
{
  int y = 0;
  Meow(int y_) : y(y_) {}
  int operator()(int x) { return y * x; }
};
int a = 11;
int b = stdf_foobar(a, Meow{8});
// b == 99 == 11 + ( 8 * 11 )

3.4的例子

将函数指针示例更改为使用std::function

void stdf_tranform_every_int(int * v, unsigned n, std::function<int(int)> fp)
{
  for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
  {
    v[i] = fp(v[i]);
  }
}

为该函数提供了更多的实用功能，因为(参见3.3)我们有更多的可能性使用它:

// using function pointer still possible
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
stdf_tranform_every_int(&a[0], 5, double_int);
// now a == {2, 4, 6, 8, 10};

// use it without having to write another function by using a lambda
stdf_tranform_every_int(&a[0], 5, [](int x) -> int { return x/2; });
// now a == {1, 2, 3, 4, 5}; again

// use std::bind :
int nine_x_and_y (int x, int y) { return 9*x + y; }
using std::placeholders::_1;
// calls nine_x_and_y for every int in a with y being 4 every time
stdf_tranform_every_int(&a[0], 5, std::bind(nine_x_and_y, _1, 4));
// now a == {13, 22, 31, 40, 49};

4. 模板化回调类型

使用模板，调用回调函数的代码甚至可以比使用std::function对象更通用。

注意，模板是编译时特性，是编译时多态性的设计工具。如果运行时动态行为是通过回调来实现的，模板会有所帮助，但它们不会引起运行时动态。

4.1编写(类型符号)和调用模板回调

泛化上面的std_ftransform_every_int代码，甚至可以通过使用模板来实现:

template<class R, class T>
void stdf_transform_every_int_templ(int * v,
  unsigned const n, std::function<R(T)> fp)
{
  for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
  {
    v[i] = fp(v[i]);
  }
}

对于回调类型来说，更通用的(也是最简单的)语法是一个普通的、待推导的模板化参数:

template<class F>
void transform_every_int_templ(int * v, 
  unsigned const n, F f)
{
  std::cout << "transform_every_int_templ<" 
    << type_name<F>() << ">\n";
  for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
  {
    v[i] = f(v[i]);
  }
}

注意:包含的输出输出为模板化类型f推导出的类型名。type_name的实现在本文末尾给出。

范围的一元转换最通用的实现是标准库的一部分，即std::transform， 这也是关于迭代类型的模板。

template<class InputIt, class OutputIt, class UnaryOperation>
OutputIt transform(InputIt first1, InputIt last1, OutputIt d_first,
  UnaryOperation unary_op)
{
  while (first1 != last1) {
    *d_first++ = unary_op(*first1++);
  }
  return d_first;
}

4.2使用模板回调和兼容类型的示例

模板化std::function回调方法stdf_transform_every_int_templ的兼容类型与上面提到的类型相同(参见3.4)。

然而，使用模板化版本，所使用的回调的签名可能会有一点变化:

// Let
int foo (int x) { return 2+x; }
int muh (int const &x) { return 3+x; }
int & woof (int &x) { x *= 4; return x; }

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
stdf_transform_every_int_templ<int,int>(&a[0], 5, &foo);
// a == {3, 4, 5, 6, 7}
stdf_transform_every_int_templ<int, int const &>(&a[0], 5, &muh);
// a == {6, 7, 8, 9, 10}
stdf_transform_every_int_templ<int, int &>(&a[0], 5, &woof);

注:std_ftransform_every_int(非模板版本;参见上面)与foo一起工作，但不使用太多。

// Let
void print_int(int * p, unsigned const n)
{
  bool f{ true };
  for (unsigned i = 0; i < n; ++i)
  {
    std::cout << (f ? "" : " ") << p[i]; 
    f = false;
  }
  std::cout << "\n";
}

transform_every_int_templ的普通模板化参数可以是所有可能的可调用类型。

int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, foo);
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, muh);
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, woof);
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, [](int x) -> int { return x + x + x; });
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, Meow{ 4 });
print_int(a, 5);
using std::placeholders::_1;
transform_every_int_templ(&a[0], 5, std::bind(foo_2, _1, 3));
print_int(a, 5);
transform_every_int_templ(&a[0], 5, std::function<int(int)>{&foo});
print_int(a, 5);

上面的代码打印:

1 2 3 4 5
transform_every_int_templ <int(*)(int)>
3 4 5 6 7
transform_every_int_templ <int(*)(int&)>
6 8 10 12 14
transform_every_int_templ <int& (*)(int&)>
9 11 13 15 17
transform_every_int_templ <main::{lambda(int)#1} >
27 33 39 45 51
transform_every_int_templ <Meow>
108 132 156 180 204
transform_every_int_templ <std::_Bind<int(*(std::_Placeholder<1>, int))(int, int)>>
975 1191 1407 1623 1839
transform_every_int_templ <std::function<int(int)>>
977 1193 1409 1625 1841

上面使用的Type_name实现

#include <type_traits>
#include <typeinfo>
#include <string>
#include <memory>
#include <cxxabi.h>

template <class T>
std::string type_name()
{
  typedef typename std::remove_reference<T>::type TR;
  std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> own
    (abi::__cxa_demangle(typeid(TR).name(), nullptr,
    nullptr, nullptr), std::free);
  std::string r = own != nullptr?own.get():typeid(TR).name();
  if (std::is_const<TR>::value)
    r += " const";
  if (std::is_volatile<TR>::value)
    r += " volatile";
  if (std::is_lvalue_reference<T>::value)
    r += " &";
  else if (std::is_rvalue_reference<T>::value)
    r += " &&";
  return r;
}

公认的答案是全面的，但与问题有关，我只是想在这里放一个简单的例子。我有一个很久以前写的代码。我想以有序的方式遍历树(左节点然后根节点然后右节点)，每当我到达一个节点，我希望能够调用任意函数，这样它就可以做任何事情。

void inorder_traversal(Node *p, void *out, void (*callback)(Node *in, void *out))
{
    if (p == NULL)
        return;
    inorder_traversal(p->left, out, callback);
    callback(p, out); // call callback function like this.
    inorder_traversal(p->right, out, callback);
}


// Function like bellow can be used in callback of inorder_traversal.
void foo(Node *t, void *out = NULL)
{
    // You can just leave the out variable and working with specific node of tree. like bellow.
    // cout << t->item;
    // Or
    // You can assign value to out variable like below
    // Mention that the type of out is void * so that you must firstly cast it to your proper out.
    *((int *)out) += 1;
}
// This function use inorder_travesal function to count the number of nodes existing in the tree.
void number_nodes(Node *t)
{
    int sum = 0;
    inorder_traversal(t, &sum, foo);
    cout << sum;
}

 int main()
{

    Node *root = NULL;
    // What These functions perform is inserting an integer into a Tree data-structure.
    root = insert_tree(root, 6);
    root = insert_tree(root, 3);
    root = insert_tree(root, 8);
    root = insert_tree(root, 7);
    root = insert_tree(root, 9);
    root = insert_tree(root, 10);
    number_nodes(root);
}

Scott Meyers举了一个很好的例子:

class GameCharacter;
int defaultHealthCalc(const GameCharacter& gc);

class GameCharacter
{
public:
  typedef std::function<int (const GameCharacter&)> HealthCalcFunc;

  explicit GameCharacter(HealthCalcFunc hcf = defaultHealthCalc)
  : healthFunc(hcf)
  { }

  int healthValue() const { return healthFunc(*this); }

private:
  HealthCalcFunc healthFunc;
};

我认为这个例子说明了一切。

std::function<>是编写c++回调函数的“现代”方式。