从类成员函数返回std::function出现编译错误的问题咨询

问题现象 #

当启用代码第4行的#define CLASS 1宏定义时，类testClass的成员函数getFp返回myTestFunction会触发编译错误；但类外部定义的getFp1函数返回普通函数printMessage却能正常运行。

编译错误信息 #

**Compilation Error** : In member function 'std::function<void(std::__cxx11::basic_string<char>)> testClass::getFp()':
Practice.cpp:23:14: error: cannot convert 'testClass::myTestFunction' from type 'void (testClass::)(std::string)' {aka 'void (testClass::)(std::__cxx11::basic_string<char>)'} to type 'std::function<void(std::__cxx11::basic_string<char>)>'
   23 |       return myTestFunction;
      |              ^~~~~~~~~~~~~~

相关代码 #

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>
//#define CLASS 1     -------------> Enabling this throws compilation error (?)
using namespace std;

void printMessage(string str){
    cout << str << endl;
}

void testFunction(std::function<void(std::string)> fp,string s){
   fp(s);
}
#ifdef CLASS
class testClass {

public :   
   void myTestFunction(std::string s){
      cout << s << endl;
   }
public : 
   std::function<void(std::string) > getFp(){
      return myTestFunction;
   }
};
#endif 

std::function<void(std::string) > getFp1(){
      return printMessage;
}

int main(){
   std::function<void(string)> fp = printMessage;
   fp("Whats up !!") ;
   testFunction(fp,"All is Well");
#ifdef CLASS
   testClass t ; 
   auto fp1 = t.getFp();
   fp1("Calling Private Method ?");
#endif

   auto fp2 = getFp1();
   fp2("Great !!");
   return 0;
}

问题原因 #

不存在从类内函数返回std::function的限制，错误的核心是非静态成员函数和普通函数的本质差异：

• 普通全局函数printMessage的类型是void(std::string)，和std::function<void(std::string)>的签名完全匹配，因此可以直接赋值。
• 类的非静态成员函数myTestFunction会隐含一个指向类对象的this指针作为第一个参数，它的实际类型是void(testClass::)(std::string)，和std::function<void(std::string)>的签名不匹配，所以无法直接转换。

解决方法 #

方法1：使用std::bind绑定this指针 #

修改testClass的getFp函数，通过std::bind把当前对象的this指针和成员函数绑定，生成符合签名的可调用对象：

std::function<void(std::string)> getFp(){
    return std::bind(&testClass::myTestFunction, this, std::placeholders::_1);
}

方法2：使用lambda表达式捕获this #

利用lambda捕获当前对象的this指针，在lambda内部调用成员函数，生成匹配签名的可调用对象：

std::function<void(std::string)> getFp(){
    return [this](std::string s){
        this->myTestFunction(s);
    };
}

方法3：将成员函数声明为静态函数 #

如果myTestFunction不需要访问类的非静态成员变量，可以将其声明为静态成员函数，此时它不再隐含this指针，类型与普通全局函数一致：

class testClass {
public :   
   static void myTestFunction(std::string s){
      cout << s << endl;
   }
public : 
   std::function<void(std::string) > getFp(){
      return myTestFunction;
   }
};

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Milind