C++ std::result_of/std::invoke_result的简明指南

1. 简介

在C++中，有时我们需要获取函数或可调用对象的返回值类型，以便进行后续的操作，在泛型编程中很常用，特别是当不同的参数集的结果类型不同时。在早期的C++版本中，我们需要手动推导函数返回值类型，这个过程非常复杂，也容易出错。为了解决这个问题，C++11引入了std::result_of和std::result_of_t（C++14），这两个模板可以方便地获取函数或可调用对象的返回值类型。而在C++17中，废弃了std::result_of而引入了更好用的std::invoke_result和std::invoke_result_t。下面则先介绍std::result_of再介绍std::invodke_result。

2. std::result_of/std::result_of_t

std::result_of是一个函数类型萃取器（function type traits），它可以推导函数类型的返回值类型，它定义在头文件<type_traits>中。std::result_of模板类需要两个模板参数：第一个是函数类型，第二个是函数的参数类型。它的定义如下：

template <typename F, typename... Args>
class result_of<F(Args...)>;

在模板参数中，F必须是可调用类型、对函数的引用或对可调用类型的引用，Args代表函数参数类型。例如，如果我们有一个函数add，它的类型为int(int, double)，我们可以按照下列示例代码来使用std::result_of以获取其返回值类型：

#include <type_traits>

int add(int x, double y)
{
    return x + static_cast<int>(y);
}

int main()
{
    std::result_of<int(int, double)>::type result = 0;
    static_assert(std::is_same<decltype(result), int>::value, "result type should be int");
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用std::result_of<int(int, double)>::type来获取返回值类型，并使用std::is_same来检查返回值类型是否为int。这里，因为我们知道函数的入口（或理解为函数指针），所以std::result_of<int(int, double)>::type也可以改成std::result_of<decltype(add)>::type。而代码中的result是一个变量，而不是类型，所以不能直接在std::is_same中引用，即不能写成std::is_same<result, int>，必须使用decltype获取result的类型。

C++14引入了一个方便的类型别名std::result_of_t，它可以替代std::result_of<F(Args...)>::type，简化代码。使用std::result_of_t，上面的示例可以写成：

#include <type_traits>

int add(int x, double y)
{
    return x + static_cast<int>(y);
}

int main()
{
    std::result_of_t<decltype(add)> result = 0;
    static_assert(std::is_same<decltype(result), int>::value, "result type should be int");
    return 0;
}

3. std::invoke_result/std::invoke_result_t

在C++17中，std::result_of已被弃用，建议使用std::invoke_result来代替。std::invoke_result可以获取函数、成员函数和可调用对象的返回值类型。与std::result_of不同的是，std::invoke_result支持成员函数指针和指向成员函数的指针，以及可调用对象的包装器std::function。

std::invoke_result/std::invoke_result_t的定义如下：

template <typename F, typename... Args>
struct invoke_result;

template <typename F, typename... Args>
using invoke_result_t = typename invoke_result<F, Args...>::type;

在模板参数中，F代表函数类型、成员函数指针类型或可调用对象类型，Args代表函数或成员函数的参数类型。例如，如果我们有一个函数add，它的类型为int(int, double)，我们可以参照如下示例代码使用std::invoke_result_t来获取它的返回值类型：

#include <type_traits>

int add(int x, double y)
{
    return x + static_cast<int>(y);
}

int main()
{
    std::invoke_result_t<decltype(add), int, double> result = 0;
    static_assert(std::is_same<decltype(result), int>::value, "result type should be int");
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用std::invoke_result_t<decltype(add), int, double>来获取函数add的返回值类型，并使用std::is_same来检查返回值类型是否为int。

如果我们有一个类A和一个成员函数A::add()，则可以使用下列代码获取成员函数的返回值：

#include <type_traits>

class A
{
public:
    int add(int x, double y)
    {
        return x + static_cast<int>(y);
    }
};

int main()
{
    std::invoke_result_t<decltype(&A::add), A*, int, double> result = 0;
    static_assert(std::is_same<decltype(result), int>::value, "result type should be int");
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用std::invoke_result_t<decltype(&A::add), A*, int, double>来获取成员函数A::add的返回值类型。需要注意的是，由于成员函数A::add()是属于类的，而成员函数必须通过类的对象或指针进行调用，因此需要将函数的第一个参数类型指定为该函数所在类的类型的指针类型，即"A*"。（编译器为我们隐藏了调用成员函数时所需要的this指针参数，所以这里会显得有点绕）。剩下类型就是该成员函数的其他参数类型。

如果我们有一个可调用对象，我们可以直接将它传递给std::invoke_result_t。例如：

#include <type_traits>
#include <functional>

int main()
{
    std::function<int(int, double)> add = [](int x, double y) {
        return x + static_cast<int>(y);
    };
    std::invoke_result_t<decltype(add), int, double> result = 0;
    static_assert(std::is_same<decltype(result), int>::value, "result type should be int");
    return 0;
}

我们直接将可调用对象add传递给std::invoke_result即可。

需要注意的是，如果函数、成员函数或可调用对象不接受指定的参数类型，则编译时将会出现错误。

4. 总结

综上所述，std::result_of和std::invoke_result是两个非常有用的工具，可以方便地获取函数、成员函数和可调用对象的返回值类型。它们可以避免手动推导函数返回值类型的复杂过程，减少错误和代码量。如果你需要获取函数、成员函数或可调用对象的返回值类型，建议使用std::result_of_t或std::invoke_result_t来实现。

5. Reference

1. std::result_of, std::invoke_result