std::reference_wrapper 和 std::function的详细介绍

关于 std::reference_wrapper 和 std::function 的详细介绍及具体测试用例：

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1. std::reference_wrapper（引用包装器）

核心功能

• 包装引用：将引用转换为可拷贝、可赋值的对象
• 支持隐式转换：可自动转换为原始引用类型
• 容器友好：允许在 STL 容器中存储引用（原生 C++ 数组引用无法直接存入容器）

典型应用场景

• 在容器中存储大型对象的引用（避免拷贝）
• 需要传递引用的模板元编程场景
• 配合算法使用引用语义（如 std::for_each 修改原集合）

测试用例

#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>void modify(int& x) {x *= 2;
}int main() {// 场景1：容器存储引用int a = 10, b = 20, c = 30;std::vector<std::reference_wrapper<int>> nums = {a, b, c};// 通过引用修改原始值for (auto& ref : nums) ref.get() += 5;std::cout << "修改后: " << a << ", " << b << ", " << c << "\n";// 输出: 修改后: 15, 25, 35// 场景2：配合算法使用std::for_each(nums.begin(), nums.end(), modify);std::cout << "算法处理: " << a << ", " << b << ", " << c << "\n";// 输出: 算法处理: 30, 50, 70// 场景3：隐式转换int& original_ref = nums[0]; // 自动转换为 int&original_ref = 100;std::cout << "隐式转换后: " << a << "\n"; // 输出: 100return 0;
}

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2. std::function（通用函数包装器）

核心功能

• 类型擦除：统一存储各种可调用对象（函数指针、lambda、成员函数等）
• 延迟执行：将函数作为参数传递或返回值
• 运行时多态：动态绑定不同函数实现

典型应用场景

• 回调函数机制（如事件处理）
• 命令模式实现
• 动态策略模式

测试用例

#include <functional>
#include <iostream>
#include <string>// 普通函数
void greet(const std::string& name) {std::cout << "Hello, " << name << "!\n";
}// 函数对象
struct Farewell {void operator()(const std::string& name) const {std::cout << "Goodbye, " << name << "!\n";}
};class Person {
public:void setName(const std::string& name) {m_name = name;}void showName() const {std::cout << "My name is " << m_name << "\n";}
private:std::string m_name;
};int main() {// 包装普通函数std::function<void(const std::string&)> func1 = greet;func1("Alice"); // 输出: Hello, Alice!// 包装函数对象Farewell farewell;std::function<void(const std::string&)> func2 = farewell;func2("Bob"); // 输出: Goodbye, Bob!// 包装 lambdaauto lambda = [](const std::string& s) { std::cout << "Lambda: " << s << "\n"; };std::function<void(const std::string&)> func3 = lambda;func3("Charlie"); // 输出: Lambda: Charlie// 包装成员函数Person person;person.setName("David");// 绑定成员函数（需要对象实例）std::function<void()> func4 = std::bind(&Person::showName, &person);func4(); // 输出: My name is David// 包装带参数的成员函数std::function<void(const std::string&)> func5 = std::bind(&Person::setName, &person, std::placeholders::_1);func5("Eve");person.showName(); // 输出: My name is Eve// 空函数检查std::function<void()> empty_func;if (!empty_func) {std::cout << "空函数对象\n"; // 会执行}return 0;
}

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3. 关键对比总结

特性	std::reference_wrapper	std::function
主要用途	包装引用，实现引用语义的容器存储	统一管理各种可调用对象
类型安全性	强类型（模板参数指定类型）	通过函数签名约束（如 void(int)）
性能影响	零开销（编译时解析）	有运行时开销（类型擦除）
典型操作	get(), 隐式转换	operator(), bool 转换检查

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4. 使用注意事项

(1) reference_wrapper

• 不能包装临时对象（悬挂引用风险）

• 不能替代智能指针（不管理生命周期）

• 与 auto 配合时需注意类型推导：

  auto ref = std::ref(a); // 类型是 reference_wrapper<int>
  int& r = ref;           // 需要显式转换或使用 get()
  

(2) std::function

• 空状态检查：调用空 function 会抛出 std::bad_function_call

• 性能关键场景慎用（相比虚函数有额外开销）

• 存储成员函数时需绑定对象实例：

  // 正确做法
  std::function<void()> f = std::bind(&Class::method, &obj);
  

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5. 进阶用法示例

事件系统（std::function 应用）

#include <functional>
#include <vector>class Button {
public:using Callback = std::function<void()>;void addClickListener(Callback cb) {listeners.push_back(cb);}void click() {for (auto& cb : listeners) {if (cb) cb();}}private:std::vector<Callback> listeners;
};// 使用示例
void playSound() { /* ... */ }int main() {Button btn;btn.addClickListener([] { std::cout << "点击事件1\n"; });btn.addClickListener(playSound);btn.click(); // 触发所有回调return 0;
}

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总结

• reference_wrapper：
  当需要容器存储引用或模板需要推导引用类型时使用，避免不必要的拷贝。
• std::function：
  当需要统一处理不同类型的回调函数或实现运行时多态时使用，为现代 C++ 回调系统的核心组件。

两者结合使用可以构建灵活高效的抽象机制，例如在事件系统中用 reference_wrapper 传递对象引用，用 std::function 管理事件处理方法。