folly/Function.h

   1 /*
   2  * Copyright 2017-present Facebook, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16 /*
  17  * @author Eric Niebler (eniebler@fb.com), Sven Over (over@fb.com)
  18  * Acknowledgements: Giuseppe Ottaviano (ott@fb.com)
  19  */
  20
  21 /**
  22  * @class Function
  23  *
  24  * @brief A polymorphic function wrapper that is not copyable and does not
  25  *    require the wrapped function to be copy constructible.
  26  *
  27  * `folly::Function` is a polymorphic function wrapper, similar to
  28  * `std::function`. The template parameters of the `folly::Function` define
  29  * the parameter signature of the wrapped callable, but not the specific
  30  * type of the embedded callable. E.g. a `folly::Function<int(int)>`
  31  * can wrap callables that return an `int` when passed an `int`. This can be a
  32  * function pointer or any class object implementing one or both of
  33  *
  34  *     int operator(int);
  35  *     int operator(int) const;
  36  *
  37  * If both are defined, the non-const one takes precedence.
  38  *
  39  * Unlike `std::function`, a `folly::Function` can wrap objects that are not
  40  * copy constructible. As a consequence of this, `folly::Function` itself
  41  * is not copyable, either.
  42  *
  43  * Another difference is that, unlike `std::function`, `folly::Function` treats
  44  * const-ness of methods correctly. While a `std::function` allows to wrap
  45  * an object that only implements a non-const `operator()` and invoke
  46  * a const-reference of the `std::function`, `folly::Function` requires you to
  47  * declare a function type as const in order to be able to execute it on a
  48  * const-reference.
  49  *
  50  * For example:
  51  *
  52  *     class Foo {
  53  *      public:
  54  *       void operator()() {
  55  *         // mutates the Foo object
  56  *       }
  57  *     };
  58  *
  59  *     class Bar {
  60  *       std::function<void(void)> foo_; // wraps a Foo object
  61  *      public:
  62  *       void mutateFoo() const
  63  *       {
  64  *         foo_();
  65  *       }
  66  *     };
  67  *
  68  * Even though `mutateFoo` is a const-method, so it can only reference `foo_`
  69  * as const, it is able to call the non-const `operator()` of the Foo
  70  * object that is embedded in the foo_ function.
  71  *
  72  * `folly::Function` will not allow you to do that. You will have to decide
  73  * whether you need to invoke your wrapped callable from a const reference
  74  * (like in the example above), in which case it will only wrap a
  75  * `operator() const`. If your functor does not implement that,
  76  * compilation will fail. If you do not require to be able to invoke the
  77  * wrapped function in a const context, you can wrap any functor that
  78  * implements either or both of const and non-const `operator()`.
  79  *
  80  * The template parameter of `folly::Function`, the `FunctionType`, can be
  81  * const-qualified. Be aware that the const is part of the function signature.
  82  * It does not mean that the function type is a const type.
  83  *
  84  *   using FunctionType = R(Args...);
  85  *   using ConstFunctionType = R(Args...) const;
  86  *
  87  * In this example, `FunctionType` and `ConstFunctionType` are different
  88  * types. `ConstFunctionType` is not the same as `const FunctionType`.
  89  * As a matter of fact, trying to use the latter should emit a compiler
  90  * warning or error, because it has no defined meaning.
  91  *
  92  *     // This will not compile:
  93  *     folly::Function<void(void) const> func = Foo();
  94  *     // because Foo does not have a member function of the form:
  95  *     //   void operator()() const;
  96  *
  97  *     // This will compile just fine:
  98  *     folly::Function<void(void)> func = Foo();
  99  *     // and it will wrap the existing member function:
 100  *     //   void operator()();
 101  *
 102  * When should a const function type be used? As a matter of fact, you will
 103  * probably not need to use const function types very often. See the following
 104  * example:
 105  *
 106  *     class Bar {
 107  *       folly::Function<void()> func_;
 108  *       folly::Function<void() const> constFunc_;
 109  *
 110  *       void someMethod() {
 111  *         // Can call func_.
 112  *         func_();
 113  *         // Can call constFunc_.
 114  *         constFunc_();
 115  *       }
 116  *
 117  *       void someConstMethod() const {
 118  *         // Can call constFunc_.
 119  *         constFunc_();
 120  *         // However, cannot call func_ because a non-const method cannot
 121  *         // be called from a const one.
 122  *       }
 123  *     };
 124  *
 125  * As you can see, whether the `folly::Function`'s function type should
 126  * be declared const or not is identical to whether a corresponding method
 127  * would be declared const or not.
 128  *
 129  * You only require a `folly::Function` to hold a const function type, if you
 130  * intend to invoke it from within a const context. This is to ensure that
 131  * you cannot mutate its inner state when calling in a const context.
 132  *
 133  * This is how the const/non-const choice relates to lambda functions:
 134  *
 135  *     // Non-mutable lambdas: can be stored in a non-const...
 136  *     folly::Function<void(int)> print_number =
 137  *       [] (int number) { std::cout << number << std::endl; };
 138  *
 139  *     // ...as well as in a const folly::Function
 140  *     folly::Function<void(int) const> print_number_const =
 141  *       [] (int number) { std::cout << number << std::endl; };
 142  *
 143  *     // Mutable lambda: can only be stored in a non-const folly::Function:
 144  *     int number = 0;
 145  *     folly::Function<void()> print_number =
 146  *       [number] () mutable { std::cout << ++number << std::endl; };
 147  *     // Trying to store the above mutable lambda in a
 148  *     // `folly::Function<void() const>` would lead to a compiler error:
 149  *     // error: no viable conversion from '(lambda at ...)' to
 150  *     // 'folly::Function<void () const>'
 151  *
 152  * Casting between const and non-const `folly::Function`s:
 153  * conversion from const to non-const signatures happens implicitly. Any
 154  * function that takes a `folly::Function<R(Args...)>` can be passed
 155  * a `folly::Function<R(Args...) const>` without explicit conversion.
 156  * This is safe, because casting from const to non-const only entails giving
 157  * up the ability to invoke the function from a const context.
 158  * Casting from a non-const to a const signature is potentially dangerous,
 159  * as it means that a function that may change its inner state when invoked
 160  * is made possible to call from a const context. Therefore this cast does
 161  * not happen implicitly. The function `folly::constCastFunction` can
 162  * be used to perform the cast.
 163  *
 164  *     // Mutable lambda: can only be stored in a non-const folly::Function:
 165  *     int number = 0;
 166  *     folly::Function<void()> print_number =
 167  *       [number] () mutable { std::cout << ++number << std::endl; };
 168  *
 169  *     // const-cast to a const folly::Function:
 170  *     folly::Function<void() const> print_number_const =
 171  *       constCastFunction(std::move(print_number));
 172  *
 173  * When to use const function types?
 174  * Generally, only when you need them. When you use a `folly::Function` as a
 175  * member of a struct or class, only use a const function signature when you
 176  * need to invoke the function from const context.
 177  * When passing a `folly::Function` to a function, the function should accept
 178  * a non-const `folly::Function` whenever possible, i.e. when it does not
 179  * need to pass on or store a const `folly::Function`. This is the least
 180  * possible constraint: you can always pass a const `folly::Function` when
 181  * the function accepts a non-const one.
 182  *
 183  * How does the const behaviour compare to `std::function`?
 184  * `std::function` can wrap object with non-const invokation behaviour but
 185  * exposes them as const. The equivalent behaviour can be achieved with
 186  * `folly::Function` like so:
 187  *
 188  *     std::function<void(void)> stdfunc = someCallable;
 189  *
 190  *     folly::Function<void(void) const> uniqfunc = constCastFunction(
 191  *       folly::Function<void(void)>(someCallable)
 192  *     );
 193  *
 194  * You need to wrap the callable first in a non-const `folly::Function` to
 195  * select a non-const invoke operator (or the const one if no non-const one is
 196  * present), and then move it into a const `folly::Function` using
 197  * `constCastFunction`.
 198  * The name of `constCastFunction` should warn you that something
 199  * potentially dangerous is happening. As a matter of fact, using
 200  * `std::function` always involves this potentially dangerous aspect, which
 201  * is why it is not considered fully const-safe or even const-correct.
 202  * However, in most of the cases you will not need the dangerous aspect at all.
 203  * Either you do not require invokation of the function from a const context,
 204  * in which case you do not need to use `constCastFunction` and just
 205  * use the inner `folly::Function` in the example above, i.e. just use a
 206  * non-const `folly::Function`. Or, you may need invokation from const, but
 207  * the callable you are wrapping does not mutate its state (e.g. it is a class
 208  * object and implements `operator() const`, or it is a normal,
 209  * non-mutable lambda), in which case you can wrap the callable in a const
 210  * `folly::Function` directly, without using `constCastFunction`.
 211  * Only if you require invokation from a const context of a callable that
 212  * may mutate itself when invoked you have to go through the above procedure.
 213  * However, in that case what you do is potentially dangerous and requires
 214  * the equivalent of a `const_cast`, hence you need to call
 215  * `constCastFunction`.
 216  */
 217
 218 #pragma once
 219
 220 #include <functional>
 221 #include <memory>
 222 #include <new>
 223 #include <type_traits>
 224 #include <utility>
 225
 226 #include <folly/CppAttributes.h>
 227 #include <folly/Portability.h>
 228 #include <folly/Traits.h>
 229
 230 namespace folly {
 231
 232 template <typename FunctionType>
 233 class Function;
 234
 235 template <typename ReturnType, typename... Args>
 236 Function<ReturnType(Args...) const> constCastFunction(
 237     Function<ReturnType(Args...)>&&) noexcept;
 238
 239 namespace detail {
 240 namespace function {
 241
 242 enum class Op { MOVE, NUKE, FULL, HEAP };
 243
 244 union Data {
 245   void* big;
 246   std::aligned_storage<6 * sizeof(void*)>::type tiny;
 247 };
 248
 249 template <typename Fun, typename = Fun*>
 250 using IsSmall = Conjunction<
 251     std::integral_constant<bool, (sizeof(Fun) <= sizeof(Data::tiny))>,
 252     std::is_nothrow_move_constructible<Fun>>;
 253 using SmallTag = std::true_type;
 254 using HeapTag = std::false_type;
 255
 256 template <typename T>
 257 struct NotFunction : std::true_type {};
 258 template <typename T>
 259 struct NotFunction<Function<T>> : std::false_type {};
 260
 261 template <typename T>
 262 using EnableIfNotFunction =
 263     typename std::enable_if<NotFunction<T>::value>::type;
 264
 265 struct CoerceTag {};
 266
 267 template <typename T>
 268 bool isNullPtrFn(T* p) {
 269   return p == nullptr;
 270 }
 271 template <typename T>
 272 std::false_type isNullPtrFn(T&&) {
 273   return {};
 274 }
 275
 276 inline bool uninitNoop(Op, Data*, Data*) {
 277   return false;
 278 }
 279
 280 template <typename FunctionType>
 281 struct FunctionTraits;
 282
 283 template <typename ReturnType, typename... Args>
 284 struct FunctionTraits<ReturnType(Args...)> {
 285   using Call = ReturnType (*)(Data&, Args&&...);
 286   using IsConst = std::false_type;
 287   using ConstSignature = ReturnType(Args...) const;
 288   using NonConstSignature = ReturnType(Args...);
 289   using OtherSignature = ConstSignature;
 290
 291   template <typename F, typename G = typename std::decay<F>::type>
 292   using ResultOf = decltype(
 293       static_cast<ReturnType>(std::declval<G&>()(std::declval<Args>()...)));
 294
 295   template <typename Fun>
 296   static ReturnType callSmall(Data& p, Args&&... args) {
 297     return static_cast<ReturnType>((*static_cast<Fun*>(
 298         static_cast<void*>(&p.tiny)))(static_cast<Args&&>(args)...));
 299   }
 300
 301   template <typename Fun>
 302   static ReturnType callBig(Data& p, Args&&... args) {
 303     return static_cast<ReturnType>(
 304         (*static_cast<Fun*>(p.big))(static_cast<Args&&>(args)...));
 305   }
 306
 307   static ReturnType uninitCall(Data&, Args&&...) {
 308     throw std::bad_function_call();
 309   }
 310
 311   ReturnType operator()(Args... args) {
 312     auto& fn = *static_cast<Function<NonConstSignature>*>(this);
 313     return fn.call_(fn.data_, static_cast<Args&&>(args)...);
 314   }
 315
 316   class SharedProxy {
 317     std::shared_ptr<Function<NonConstSignature>> sp_;
 318
 319    public:
 320     explicit SharedProxy(Function<NonConstSignature>&& func)
 321         : sp_(std::make_shared<Function<NonConstSignature>>(std::move(func))) {}
 322     ReturnType operator()(Args&&... args) const {
 323       return (*sp_)(static_cast<Args&&>(args)...);
 324     }
 325   };
 326 };
 327
 328 template <typename ReturnType, typename... Args>
 329 struct FunctionTraits<ReturnType(Args...) const> {
 330   using Call = ReturnType (*)(Data&, Args&&...);
 331   using IsConst = std::true_type;
 332   using ConstSignature = ReturnType(Args...) const;
 333   using NonConstSignature = ReturnType(Args...);
 334   using OtherSignature = NonConstSignature;
 335
 336   template <typename F, typename G = typename std::decay<F>::type>
 337   using ResultOf = decltype(static_cast<ReturnType>(
 338       std::declval<const G&>()(std::declval<Args>()...)));
 339
 340   template <typename Fun>
 341   static ReturnType callSmall(Data& p, Args&&... args) {
 342     return static_cast<ReturnType>((*static_cast<const Fun*>(
 343         static_cast<void*>(&p.tiny)))(static_cast<Args&&>(args)...));
 344   }
 345
 346   template <typename Fun>
 347   static ReturnType callBig(Data& p, Args&&... args) {
 348     return static_cast<ReturnType>(
 349         (*static_cast<const Fun*>(p.big))(static_cast<Args&&>(args)...));
 350   }
 351
 352   static ReturnType uninitCall(Data&, Args&&...) {
 353     throw std::bad_function_call();
 354   }
 355
 356   ReturnType operator()(Args... args) const {
 357     auto& fn = *static_cast<const Function<ConstSignature>*>(this);
 358     return fn.call_(fn.data_, static_cast<Args&&>(args)...);
 359   }
 360
 361   class SharedProxy {
 362     std::shared_ptr<Function<ConstSignature>> sp_;
 363
 364    public:
 365     explicit SharedProxy(Function<ConstSignature>&& func)
 366         : sp_(std::make_shared<Function<ConstSignature>>(std::move(func))) {}
 367     ReturnType operator()(Args&&... args) const {
 368       return (*sp_)(static_cast<Args&&>(args)...);
 369     }
 370   };
 371 };
 372
 373 template <typename Fun>
 374 bool execSmall(Op o, Data* src, Data* dst) {
 375   switch (o) {
 376     case Op::MOVE:
 377       ::new (static_cast<void*>(&dst->tiny))
 378           Fun(std::move(*static_cast<Fun*>(static_cast<void*>(&src->tiny))));
 379       FOLLY_FALLTHROUGH;
 380     case Op::NUKE:
 381       static_cast<Fun*>(static_cast<void*>(&src->tiny))->~Fun();
 382       break;
 383     case Op::FULL:
 384       return true;
 385     case Op::HEAP:
 386       break;
 387   }
 388   return false;
 389 }
 390
 391 template <typename Fun>
 392 bool execBig(Op o, Data* src, Data* dst) {
 393   switch (o) {
 394     case Op::MOVE:
 395       dst->big = src->big;
 396       src->big = nullptr;
 397       break;
 398     case Op::NUKE:
 399       delete static_cast<Fun*>(src->big);
 400       break;
 401     case Op::FULL:
 402     case Op::HEAP:
 403       break;
 404   }
 405   return true;
 406 }
 407
 408 // Invoke helper
 409 template <typename F, typename... Args>
 410 inline constexpr auto invoke(F&& f, Args&&... args)
 411     -> decltype(std::forward<F>(f)(std::forward<Args>(args)...)) {
 412   return std::forward<F>(f)(std::forward<Args>(args)...);
 413 }
 414
 415 template <typename M, typename C, typename... Args>
 416 inline constexpr auto invoke(M(C::*d), Args&&... args)
 417     -> decltype(std::mem_fn(d)(std::forward<Args>(args)...)) {
 418   return std::mem_fn(d)(std::forward<Args>(args)...);
 419 }
 420
 421 } // namespace function
 422 } // namespace detail
 423
 424 template <typename FunctionType>
 425 class Function final : private detail::function::FunctionTraits<FunctionType> {
 426   // These utility types are defined outside of the template to reduce
 427   // the number of instantiations, and then imported in the class
 428   // namespace for convenience.
 429   using Data = detail::function::Data;
 430   using Op = detail::function::Op;
 431   using SmallTag = detail::function::SmallTag;
 432   using HeapTag = detail::function::HeapTag;
 433   using CoerceTag = detail::function::CoerceTag;
 434
 435   using Traits = detail::function::FunctionTraits<FunctionType>;
 436   using Call = typename Traits::Call;
 437   using Exec = bool (*)(Op, Data*, Data*);
 438
 439   template <typename Fun>
 440   using IsSmall = detail::function::IsSmall<Fun>;
 441
 442   // The `data_` member is mutable to allow `constCastFunction` to work without
 443   // invoking undefined behavior. Const-correctness is only violated when
 444   // `FunctionType` is a const function type (e.g., `int() const`) and `*this`
 445   // is the result of calling `constCastFunction`.
 446   mutable Data data_;
 447   Call call_{&Traits::uninitCall};
 448   Exec exec_{&detail::function::uninitNoop};
 449
 450   friend Traits;
 451   friend Function<typename Traits::ConstSignature> folly::constCastFunction<>(
 452       Function<typename Traits::NonConstSignature>&&) noexcept;
 453   friend class Function<typename Traits::OtherSignature>;
 454
 455   template <typename Fun>
 456   Function(Fun&& fun, SmallTag) noexcept {
 457     using FunT = typename std::decay<Fun>::type;
 458     if (!detail::function::isNullPtrFn(fun)) {
 459       ::new (static_cast<void*>(&data_.tiny)) FunT(static_cast<Fun&&>(fun));
 460       call_ = &Traits::template callSmall<FunT>;
 461       exec_ = &detail::function::execSmall<FunT>;
 462     }
 463   }
 464
 465   template <typename Fun>
 466   Function(Fun&& fun, HeapTag) {
 467     using FunT = typename std::decay<Fun>::type;
 468     data_.big = new FunT(static_cast<Fun&&>(fun));
 469     call_ = &Traits::template callBig<FunT>;
 470     exec_ = &detail::function::execBig<FunT>;
 471   }
 472
 473   template <typename Signature>
 474   Function(Function<Signature>&& that, CoerceTag)
 475       : Function(static_cast<Function<Signature>&&>(that), HeapTag{}) {}
 476
 477   Function(
 478       Function<typename Traits::OtherSignature>&& that,
 479       CoerceTag) noexcept {
 480     that.exec_(Op::MOVE, &that.data_, &data_);
 481     std::swap(call_, that.call_);
 482     std::swap(exec_, that.exec_);
 483   }
 484
 485  public:
 486   /**
 487    * Default constructor. Constructs an empty Function.
 488    */
 489   Function() = default;
 490
 491   // not copyable
 492   Function(const Function&) = delete;
 493
 494 #if __OBJC__
 495   // Delete conversion from Objective-C blocks
 496   template <class ReturnType, class... Args>
 497   Function(ReturnType (^)(Args...)) = delete;
 498 #endif
 499
 500   /**
 501    * Move constructor
 502    */
 503   Function(Function&& that) noexcept {
 504     that.exec_(Op::MOVE, &that.data_, &data_);
 505     std::swap(call_, that.call_);
 506     std::swap(exec_, that.exec_);
 507   }
 508
 509   /**
 510    * Constructs an empty `Function`.
 511    */
 512   /* implicit */ Function(std::nullptr_t) noexcept {}
 513
 514   /**
 515    * Constructs a new `Function` from any callable object that is _not_ a
 516    * `folly::Function`. This handles function pointers, pointers to static
 517    * member functions, `std::reference_wrapper` objects, `std::function`
 518    * objects, and arbitrary objects that implement `operator()` if the parameter
 519    * signature matches (i.e. it returns an object convertible to `R` when called
 520    * with `Args...`).
 521    *
 522    * \note `typename = ResultOf<Fun>` prevents this overload from being
 523    * selected by overload resolution when `fun` is not a compatible function.
 524    *
 525    * \note The noexcept requires some explanation. IsSmall is true when the
 526    * decayed type fits within the internal buffer and is noexcept-movable. But
 527    * this ctor might copy, not move. What we need here, if this ctor does a
 528    * copy, is that this ctor be noexcept when the copy is noexcept. That is not
 529    * checked in IsSmall, and shouldn't be, because once the Function is
 530    * constructed, the contained object is never copied. This check is for this
 531    * ctor only, in the case that this ctor does a copy.
 532    */
 533   template <
 534       typename Fun,
 535       typename = detail::function::EnableIfNotFunction<Fun>,
 536       typename = typename Traits::template ResultOf<Fun>>
 537   /* implicit */ Function(Fun fun) noexcept(
 538       IsSmall<Fun>::value && noexcept(Fun(std::declval<Fun>())))
 539       : Function(static_cast<Fun&&>(fun), IsSmall<Fun>{}) {}
 540
 541   /**
 542    * For move-constructing from a `folly::Function<X(Ys...) [const?]>`.
 543    * For a `Function` with a `const` function type, the object must be
 544    * callable from a `const`-reference, i.e. implement `operator() const`.
 545    * For a `Function` with a non-`const` function type, the object will
 546    * be called from a non-const reference, which means that it will execute
 547    * a non-const `operator()` if it is defined, and falls back to
 548    * `operator() const` otherwise.
 549    */
 550   template <
 551       typename Signature,
 552       typename = typename Traits::template ResultOf<Function<Signature>>>
 553   Function(Function<Signature>&& that) noexcept(
 554       noexcept(Function(std::move(that), CoerceTag{})))
 555       : Function(std::move(that), CoerceTag{}) {}
 556
 557   /**
 558    * If `ptr` is null, constructs an empty `Function`. Otherwise,
 559    * this constructor is equivalent to `Function(std::mem_fn(ptr))`.
 560    */
 561   template <
 562       typename Member,
 563       typename Class,
 564       // Prevent this overload from being selected when `ptr` is not a
 565       // compatible member function pointer.
 566       typename = decltype(Function(std::mem_fn((Member Class::*)0)))>
 567   /* implicit */ Function(Member Class::*ptr) noexcept {
 568     if (ptr) {
 569       *this = std::mem_fn(ptr);
 570     }
 571   }
 572
 573   ~Function() {
 574     exec_(Op::NUKE, &data_, nullptr);
 575   }
 576
 577   Function& operator=(const Function&) = delete;
 578
 579 #if __OBJC__
 580   // Delete conversion from Objective-C blocks
 581   template <class ReturnType, class... Args>
 582   Function& operator=(ReturnType (^)(Args...)) = delete;
 583 #endif
 584
 585   /**
 586    * Move assignment operator
 587    *
 588    * \note Leaves `that` in a valid but unspecified state. If `&that == this`
 589    * then `*this` is left in a valid but unspecified state.
 590    */
 591   Function& operator=(Function&& that) noexcept {
 592     // Q: Why is it safe to destroy and reconstruct this object in place?
 593     // A: Two reasons: First, `Function` is a final class, so in doing this
 594     //    we aren't slicing off any derived parts. And second, the move
 595     //    operation is guaranteed not to throw so we always leave the object
 596     //    in a valid state.
 597     // In the case of self-move (this == &that), this leaves the object in
 598     // a default-constructed state. First the object is destroyed, then we
 599     // pass the destroyed object to the move constructor. The first thing the
 600     // move constructor does is default-construct the object. That object is
 601     // "moved" into itself, which is a no-op for a default-constructed Function.
 602     this->~Function();
 603     ::new (this) Function(std::move(that));
 604     return *this;
 605   }
 606
 607   /**
 608    * Assigns a callable object to this `Function`. If the operation fails,
 609    * `*this` is left unmodified.
 610    *
 611    * \note `typename = ResultOf<Fun>` prevents this overload from being
 612    * selected by overload resolution when `fun` is not a compatible function.
 613    */
 614   template <typename Fun, typename = decltype(Function(std::declval<Fun>()))>
 615   Function& operator=(Fun fun) noexcept(
 616       noexcept(/* implicit */ Function(std::declval<Fun>()))) {
 617     // Doing this in place is more efficient when we can do so safely.
 618     if (noexcept(/* implicit */ Function(std::declval<Fun>()))) {
 619       // Q: Why is is safe to destroy and reconstruct this object in place?
 620       // A: See the explanation in the move assignment operator.
 621       this->~Function();
 622       ::new (this) Function(static_cast<Fun&&>(fun));
 623     } else {
 624       // Construct a temporary and (nothrow) swap.
 625       Function(static_cast<Fun&&>(fun)).swap(*this);
 626     }
 627     return *this;
 628   }
 629
 630   /**
 631    * For assigning from a `Function<X(Ys..) [const?]>`.
 632    */
 633   template <
 634       typename Signature,
 635       typename = typename Traits::template ResultOf<Function<Signature>>>
 636   Function& operator=(Function<Signature>&& that) noexcept(
 637       noexcept(Function(std::move(that)))) {
 638     return (*this = Function(std::move(that)));
 639   }
 640
 641   /**
 642    * Clears this `Function`.
 643    */
 644   Function& operator=(std::nullptr_t) noexcept {
 645     return (*this = Function());
 646   }
 647
 648   /**
 649    * If `ptr` is null, clears this `Function`. Otherwise, this assignment
 650    * operator is equivalent to `*this = std::mem_fn(ptr)`.
 651    */
 652   template <typename Member, typename Class>
 653   auto operator=(Member Class::*ptr) noexcept
 654       // Prevent this overload from being selected when `ptr` is not a
 655       // compatible member function pointer.
 656       -> decltype(operator=(std::mem_fn(ptr))) {
 657     return ptr ? (*this = std::mem_fn(ptr)) : (*this = Function());
 658   }
 659
 660   /**
 661    * Call the wrapped callable object with the specified arguments.
 662    */
 663   using Traits::operator();
 664
 665   /**
 666    * Exchanges the callable objects of `*this` and `that`.
 667    */
 668   void swap(Function& that) noexcept {
 669     std::swap(*this, that);
 670   }
 671
 672   /**
 673    * Returns `true` if this `Function` contains a callable, i.e. is
 674    * non-empty.
 675    */
 676   explicit operator bool() const noexcept {
 677     return exec_(Op::FULL, nullptr, nullptr);
 678   }
 679
 680   /**
 681    * Returns `true` if this `Function` stores the callable on the
 682    * heap. If `false` is returned, there has been no additional memory
 683    * allocation and the callable is stored inside the `Function`
 684    * object itself.
 685    */
 686   bool hasAllocatedMemory() const noexcept {
 687     return exec_(Op::HEAP, nullptr, nullptr);
 688   }
 689
 690   using typename Traits::SharedProxy;
 691
 692   /**
 693    * Move this `Function` into a copyable callable object, of which all copies
 694    * share the state.
 695    */
 696   SharedProxy asSharedProxy() && {
 697     return SharedProxy{std::move(*this)};
 698   }
 699
 700   /**
 701    * Construct a `std::function` by moving in the contents of this `Function`.
 702    * Note that the returned `std::function` will share its state (i.e. captured
 703    * data) across all copies you make of it, so be very careful when copying.
 704    */
 705   std::function<typename Traits::NonConstSignature> asStdFunction() && {
 706     return std::move(*this).asSharedProxy();
 707   }
 708 };
 709
 710 template <typename FunctionType>
 711 void swap(Function<FunctionType>& lhs, Function<FunctionType>& rhs) noexcept {
 712   lhs.swap(rhs);
 713 }
 714
 715 template <typename FunctionType>
 716 bool operator==(const Function<FunctionType>& fn, std::nullptr_t) {
 717   return !fn;
 718 }
 719
 720 template <typename FunctionType>
 721 bool operator==(std::nullptr_t, const Function<FunctionType>& fn) {
 722   return !fn;
 723 }
 724
 725 template <typename FunctionType>
 726 bool operator!=(const Function<FunctionType>& fn, std::nullptr_t) {
 727   return !(fn == nullptr);
 728 }
 729
 730 template <typename FunctionType>
 731 bool operator!=(std::nullptr_t, const Function<FunctionType>& fn) {
 732   return !(nullptr == fn);
 733 }
 734
 735 /**
 736  * NOTE: See detailed note about `constCastFunction` at the top of the file.
 737  * This is potentially dangerous and requires the equivalent of a `const_cast`.
 738  */
 739 template <typename ReturnType, typename... Args>
 740 Function<ReturnType(Args...) const> constCastFunction(
 741     Function<ReturnType(Args...)>&& that) noexcept {
 742   return Function<ReturnType(Args...) const>{std::move(that),
 743                                              detail::function::CoerceTag{}};
 744 }
 745
 746 template <typename ReturnType, typename... Args>
 747 Function<ReturnType(Args...) const> constCastFunction(
 748     Function<ReturnType(Args...) const>&& that) noexcept {
 749   return std::move(that);
 750 }
 751
 752 namespace detail {
 753 namespace function {
 754 template <typename Fun, typename FunctionType, typename = void>
 755 struct IsCallableAsImpl : std::false_type {};
 756
 757 template <typename Fun, typename ReturnType, typename... Args>
 758 struct IsCallableAsImpl<
 759     Fun,
 760     ReturnType(Args...),
 761     void_t<typename std::result_of<Fun && (Args && ...)>::type>>
 762     : std::is_convertible<
 763           typename std::result_of<Fun && (Args && ...)>::type,
 764           ReturnType> {};
 765
 766 template <typename Fun, typename FunctionType>
 767 struct IsCallableAs : IsCallableAsImpl<Fun, FunctionType> {};
 768 }
 769 }
 770
 771 /**
 772  * @class FunctionRef
 773  *
 774  * @brief A reference wrapper for callable objects
 775  *
 776  * FunctionRef is similar to std::reference_wrapper, but the template parameter
 777  * is the function signature type rather than the type of the referenced object.
 778  * A folly::FunctionRef is cheap to construct as it contains only a pointer to
 779  * the referenced callable and a pointer to a function which invokes the
 780  * callable.
 781  *
 782  * The user of FunctionRef must be aware of the reference semantics: storing a
 783  * copy of a FunctionRef is potentially dangerous and should be avoided unless
 784  * the referenced object definitely outlives the FunctionRef object. Thus any
 785  * function that accepts a FunctionRef parameter should only use it to invoke
 786  * the referenced function and not store a copy of it. Knowing that FunctionRef
 787  * itself has reference semantics, it is generally okay to use it to reference
 788  * lambdas that capture by reference.
 789  */
 790
 791 template <typename FunctionType>
 792 class FunctionRef;
 793
 794 template <typename ReturnType, typename... Args>
 795 class FunctionRef<ReturnType(Args...)> final {
 796   using Call = ReturnType (*)(void*, Args&&...);
 797
 798   static ReturnType uninitCall(void*, Args&&...) {
 799     throw std::bad_function_call();
 800   }
 801
 802   template <typename Fun>
 803   static ReturnType call(void* object, Args&&... args) {
 804     using Pointer = _t<std::add_pointer<Fun>>;
 805     return static_cast<ReturnType>(detail::function::invoke(
 806         static_cast<Fun&&>(*static_cast<Pointer>(object)),
 807         static_cast<Args&&>(args)...));
 808   }
 809
 810   void* object_{nullptr};
 811   Call call_{&FunctionRef::uninitCall};
 812
 813  public:
 814   /**
 815    * Default constructor. Constructs an empty FunctionRef.
 816    *
 817    * Invoking it will throw std::bad_function_call.
 818    */
 819   FunctionRef() = default;
 820
 821   /**
 822    * Construct a FunctionRef from a reference to a callable object.
 823    */
 824   template <
 825       typename Fun,
 826       typename std::enable_if<
 827           Conjunction<
 828               Negation<std::is_same<FunctionRef, _t<std::decay<Fun>>>>,
 829               detail::function::IsCallableAs<Fun, ReturnType(Args...)>>::value,
 830           int>::type = 0>
 831   constexpr /* implicit */ FunctionRef(Fun&& fun) noexcept
 832       // `Fun` may be a const type, in which case we have to do a const_cast
 833       // to store the address in a `void*`. This is safe because the `void*`
 834       // will be cast back to `Fun*` (which is a const pointer whenever `Fun`
 835       // is a const type) inside `FunctionRef::call`
 836       : object_(
 837             const_cast<void*>(static_cast<void const*>(std::addressof(fun)))),
 838         call_(&FunctionRef::call<Fun>) {}
 839
 840   ReturnType operator()(Args... args) const {
 841     return call_(object_, static_cast<Args&&>(args)...);
 842   }
 843
 844   constexpr explicit operator bool() const {
 845     return object_;
 846   }
 847 };
 848
 849 } // namespace folly