常用函数库之 - std::function

std::function 是 C++11 引入的通用可调用对象包装器，用于存储、复制和调用任意符合特定函数签名的可调用对象（如函数、lambda、函数对象等）。以下是其核心要点及使用指南：

---

​​核心特性​​

• ​​类型擦除​​

可包装任意可调用对象，只要其调用签名与模板参数匹配。

例如：std::function<int(int, int)> 可存储普通函数、lambda、std::bind 表达式等，只要它们接受两个 int 参数并返回 int。

• ​​灵活性​​

比函数指针更通用，支持成员函数、带状态的函数对象等。

#include <functional>
#include <iostream>void print(int x) { std::cout << x << std::endl; }struct Functor {void operator()(int x) const { std::cout << x << std::endl; }
};int main() {std::function<void(int)> f1 = print;          // 普通函数std::function<void(int)> f2 = Functor();       // 函数对象std::function<void(int)> f3 = [](int x) {      // Lambdastd::cout << x << std::endl;};f1(42);  // 输出 42f2(42);  // 输出 42f3(42);  // 输出 42
}

• ​​成员函数绑定​​

需结合 std::bind 或 Lambda 绑定对象实例：

class MyClass {
public:void method(int x) { std::cout << x << std::endl; }
};int main() {MyClass obj;// 使用 std::bindstd::function<void(int)> f1 = std::bind(&MyClass::method, &obj, std::placeholders::_1);// 使用 Lambdastd::function<void(int)> f2 = [&obj](int x) { obj.method(x); };f1(42);  // 输出 42f2(42);  // 输出 42
}

---

​​使用注意事项​​

• ​​空状态检查​​

调用空的 std::function 会抛出 std::bad_function_call。

检查是否可调用：

std::function<void(int)> f;
if (f) {  // 检查是否非空f(42);
}

• ​​性能开销​​

存在类型擦除带来的间接调用开销（类似虚函数调用），通常适用于非性能敏感场景。

对比模板的高效性：

template <typename Callable>
void call(Callable&& f, int x) { f(x); }  // 无运行时开销，适合高频调用

• ​​类型兼容性​​

参数和返回类型支持隐式转换：

void func(double x) { std::cout << x << std::endl; }
std::function<void(int)> f = func;
f(42);  // int 隐式转为 double，输出 42.0

• ​​不可比较性​​

std::function 对象无法直接比较是否包装同一可调用对象：

std::function<void()> f1 = [] {};
std::function<void()> f2 = [] {};
// if (f1 == f2) { ... }  // 错误：operator== 未定义

---

​​适用场景​​

• ​​回调机制​​

事件处理、异步操作等需动态注册回调的场景：

class Button {
public:void setOnClick(std::function<void()> onClick) {onClick_ = std::move(onClick);}void click() { if (onClick_) onClick_(); }
private:std::function<void()> onClick_;
};

• ​​策略模式​​

运行时动态切换算法或行为：

class Processor {
public:using Algorithm = std::function<int(int, int)>;void setAlgorithm(Algorithm algo) { algo_ = algo; }int process(int a, int b) { return algo_ ? algo_(a, b) : 0; }
private:Algorithm algo_;
};

• ​​函数组合​​

实现高阶函数（如函数适配器）：

auto compose(std::function<int(int)> f, std::function<int(int)> g) {return [f, g](int x) { return f(g(x)); };
}

---

​​总结​​

• ​​优势​​：类型安全、灵活性高，适合需要动态绑定可调用对象的场景。
• ​​局限​​：运行时开销较高，无法直接比较包装的内容。
• ​​替代方案​​：在性能关键代码中，优先考虑模板或函数指针。