C++ 获取指定的重载函数地址

刚刚看到一篇博客，说 std::bind 无法绑定正确的重载函数。这里的问题并不是 std::bind 能力不足，而是将函数名传递给 std::bind 时编译器无法取到这个函数的地址（也就是符号，编译器会先解析成符号，链接器再替换为地址），因为有多个重载函数都是这个名字。核心问题是无法通过函数名取到想要的重载函数地址。就像下面的代码无法编译通过：

#include <iostream>

void f()
{
    std::cout << "f 1" << std::endl;
}

void f(int x)
{
    std::cout << "f 2 " << x << std::endl;
}

int main()
{
    auto p = &f;
}

编译错误：

/home/abc/cpplearn/overload_func.cpp: In function ‘int main()’:
/home/abc/cpplearn/overload_func.cpp:15:15: error: unable to deduce ‘auto’ from ‘& f’
   15 |     auto p = &f;
      |               ^
/home/abc/cpplearn/overload_func.cpp:15:15: note:   couldn’t deduce template parameter ‘auto’

有没有什么比较完美的解决办法呢？我觉得一定有，因为 C 语言没有函数重载，函数地址作为实参也是常规操作。相比之下，C++ 引入了函数重载，却无法取到函数地址，这就很尴尬。C++ 设计者肯定也想到了这个问题。

于是查阅了 cppreference.com，看到了 Address of an overloaded function。函数名的重载解析除了发生在函数调用的时候，也会发生在以下 7 种语境：

#	Context	Target
1	initializer in a declaration of an object or reference	the object or reference being initialized
2	on the right-hand-side of an assignment expression	the left-hand side of the assignment
3	as a function call argument	the function parameter
4	as a user-defined operator argument	the operator parameter
5	the return statement	the return type of a function
6	explicit cast or static_cast argument	the target type of a cast
7	non-type template argument	the type of the template parameter

当函数名存在于这 7 种语境时，会发生重载解析，并且会选择与 Target 类型匹配的那个重载函数。这里就不一一考察这 7 种语境了，有兴趣可以自己查阅 cppreference.com。这里重点考察第 3 种和第 6 种。

先看第 3 种语境。当函数名作为函数调用的实参时，重载解析会选择和形参类型相匹配的版本。也就是说，下面的代码会如期运行：

#include <iostream>

void f()
{
    std::cout << "f 1" << std::endl;
}

void f(int x)
{
    std::cout << "f 2 " << x << std::endl;
}

void call(void p(int)) {
    p(1);
}

int main()
{
    call(f);
}

这段代码输出：

f 2 1

回到最初的问题，std::bind 也是函数，为什么无法正常编译呢？直接分析一下面代码的编译错误信息：

#include <iostream>
#include <functional>

void f()
{
    std::cout << "f 1" << std::endl;
}

void f(int x)
{
    std::cout << "f 2 " << x << std::endl;
}

int main()
{
    auto new_func = std::bind(f, std::placeholders::_1);
    new_func(66);
}

编译错误：

/home/abc/cpplearn/overload_func.cpp: In function ‘int main()’:
/home/abc/cpplearn/overload_func.cpp:16:30: error: no matching function for call to ‘bind(<unresolved overloaded function type>, const std::_Placeholder<1>&)’
   16 |     auto new_func = std::bind(f, std::placeholders::_1);
      |                     ~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

可以看到，std::bind 准确地说是一个函数模板。它要根据其参数进行模板实参推导，再替换模板形参进行实例化（Instantiation），产生和普通函数类似的汇编代码。std::bind 进行实例化的时候，函数 f 还没有进行重载解析，其类型为<unresolved overloaded function type>。std::bind 无法进行实例化。怎样修改可以解决这个问题呢？

可以利用第 6 个语境，也就是显示转换或 static_cast。重载解析会选择与它们的目标类型相匹配的版本。下面的代码会如期运行：

#include <iostream>
#include <functional>

void f()
{
    std::cout << "f 1" << std::endl;
}

void f(int x)
{
    std::cout << "f 2 " << x << std::endl;
}

int main()
{
    auto new_func = std::bind((void(*)(int))f, std::placeholders::_1);
    new_func(66);
}

这段代码输出：

f 2 66

还有一种更加巧妙的办法，依然是利用第 3 种语境。既然隐式实例化会进行模板实参推导，和重载解析相矛盾。为什么不直接解决这个矛盾，将隐式实例化改为显示实例化？来看下面的代码：

#include <iostream>
#include <functional>

void f()
{
    std::cout << "f 1" << std::endl;
}

void f(int x)
{
    std::cout << "f 2 " << x << std::endl;
}

int main()
{
    auto new_func = std::bind<void(int)>(f, std::placeholders::_1);
    new_func(66);
}

这段代码如期输出：

f 2 66