function_traits通过模板特化和可变参数模板来获取函数类型和返回类型

以下源内容来自于《深入应用C++11 代码优化与工程级应用》3.3.6　function_traits

/*
 * function_traits用来获取所有函数语义类型的信息，
 *      (函数类型、返回类型、参数个数和参数的具体类型)。
 *
 * 函数语义类型包括
 *  普通函数
 *  函数指针
 *  function/lambda
 *  成员函数
 *  函数对象
 *
 * 实现function_traits的关键技术
 *  要通过模板特化和可变参数模板来获取函数类型和返回类型。
 *  先定义一个基本的function_traits的模板类：
 *     template<typename T>
 *     struct function_traits;
 *  再通过特化，将返回类型和可变参数模板作为模板参数，就可以获取函数类型、函数返回值和参数的个数了。
 *
 * 如:
 *  int func(int a, string b);
 * ## 获取函数类型
 *      function_traits<decltype(func)>::function_type; // int __cdecl(int, string)
 * # 获取函数返回值
 *      function_traits<decltype(func)>::return_type;   // int
 * # 获取函数的参数个数
 *      function_traits<decltype(func)>::arity;         // 2
 * # 获取函数第一个入参类型
 *      function_traits<decltype(func)>::args<0>::type; // int
 * # 获取函数第二个入参类型
 *      function_traits<decltype(func)>::args<1>::type; // string
 */

#ifndef __FUNCTION_TRAITS_H__
#define __FUNCTION_TRAITS_H__

#include <functional>

 // 原型
template<typename T>
struct function_traits;

// 普通函数
template<typename ReturnType, typename... Args>
struct function_traits<ReturnType(Args...)>
{
    enum { arity = sizeof...(Args) };
    using return_type = ReturnType;
    using function_type = ReturnType(Args...);
    using stl_function_type = std::function<function_type>;
    using pointer = ReturnType(*)(Args...);

    template<size_t I>
    struct args
    {
        static_assert(I < arity, "index is out of range, index must less than sizeof Args");
        using type = typename std::tuple_element<I, std::tuple<Args...>>::type;
    };

    using tuple_type = std::tuple<std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<Args>>...>;
    using bare_tuple_type = std::tuple<std::remove_const_t<std::remove_reference_t<Args>>...>;
};

// 函数指针
template<typename ReturnType, typename... Args>
struct function_traits<ReturnType(*)(Args...)> : function_traits<ReturnType(Args...)> {};

// std::function
template<typename ReturnType, typename... Args>
struct function_traits<std::function<ReturnType(Args...)>> : function_traits<ReturnType(Args...)> {};

// 成员函数
#define FUNCTION_TRAITS(...)\
template <typename ReturnType, typename ClassType, typename... Args>\
struct function_traits<ReturnType(ClassType::*)(Args...) __VA_ARGS__> : function_traits<ReturnType(Args...)>{};\

FUNCTION_TRAITS()
FUNCTION_TRAITS(const)
FUNCTION_TRAITS(volatile)
FUNCTION_TRAITS(const volatile)

// 函数对象
template<typename Callable>
struct function_traits : function_traits<decltype(&Callable::operator())> {};

template<typename Function>
typename function_traits<Function>::stl_function_type to_function(const Function& lambda)
{
    return static_cast<typename function_traits<Function>::stl_function_type>(lambda);
}

template<typename Function>
typename function_traits<Function>::stl_function_type to_function(Function&& lambda)
{
    return static_cast<typename function_traits<Function>::stl_function_type>(std::forward<Function>(lambda));
}

template<typename Function>
typename function_traits<Function>::pointer to_function_pointer(const Function& lambda)
{
    return static_cast<typename function_traits<Function>::pointer>(lambda);
}

#endif

以下是测试代码

#include <iostream>
#include <string>
#include "function_traits.hpp"
using namespace std;

int func(int a, string b);

template<typename T>
void printType()
{
    cout << typeid(T).name() << endl;
}

float(*cast_func)(int, int, int, int);
float free_function(const string& a, int b)
{
    return (float)a.size() / b;
}
struct AA
{
    int f(int a, int b)volatile { return a + b; }
    int operator()(int)const { return 0; }
};

void test_function_traits();

int main()
{
    {
        // 获取函数类型
        function_traits<decltype(func)>::function_type;     // int __cdecl(int, string)
        // 获取函数返回值  
        function_traits<decltype(func)>::return_type;       // int
        // 获取函数的参数个数    
        function_traits<decltype(func)>::arity;             // 2
        // 获取函数第一个入参类型
        function_traits<decltype(func)>::args<0>::type;     // int
        // 获取函数第二个入参类型
        function_traits<decltype(func)>::args<1>::type;     // string

        cout << typeid(function_traits<decltype(func)>::function_type).name() << endl;
        cout << typeid(function_traits<decltype(func)>::return_type).name() << endl; 
    }
    {
        test_function_traits();
    }
    return 0;
}

void test_function_traits()
{
    cout << "----------- 2 ----------" << endl;
    std::function<int(int)> f = [](int a) {return a; };
    printType<function_traits<std::function<int(int)>>::function_type>();
    printType<function_traits<std::function<int(int)>>::args<0>::type>();
    printType<function_traits<decltype(f)>::function_type>();
    printType<function_traits<decltype(free_function)>::function_type>();
    printType<function_traits<decltype(cast_func)>::function_type>();
    printType<function_traits<AA>::function_type>();
    using T = decltype(&AA::f);
    printType<T>();
    printType<function_traits<decltype(&AA::f)>::function_type>();
    static_assert(std::is_same<function_traits<decltype(f)>::return_type, int>::value, "");
}

int func(int a, string b)
{
    return 0;
}