c++中如何使用std::function_c++通用函数包装器用法详解【实例】

std::function 是可调用对象的类型擦除容器，非万能函数指针；支持函数指针、lambda、bind 等，但有开销、不可比较、移动后状态未定义。

直接说结论：std::function 不是“万能函数指针”，它本质是可调用对象的类型擦除容器，能存函数指针、lambda、绑定表达式、成员函数指针等，但有开销、不能比较相等、不支持移动后状态检查。

std::function 的声明与基本赋值场景

声明时必须显式指定签名，比如 std::function 表示接受两个 int 参数、返回 int 的可调用对象。常见错误是漏写括号或参数类型不匹配：

• 错：std::function f = [](int a, int b) { return a + b; }; —— 这行其实对，但若 lambda 捕获了局部变量而没加 [&] 或 [=]，编译失败
• 错：std::function f = some_function_ptr; 而 some_function_ptr 实际是 void(*)(int) —— 签名不兼容，直接编译报错
• 正确赋值来源包括：普通函数指针、无捕获 lambda（自动转为函数指针）、std::bind 结果、std::mem_fn 或成员函数指针包装体

捕获型 lambda 和 std::function 的内存开销

std::function 内部用小对象优化（SOO），通常前 16–32 字节存在自身对象里；一旦 lambda 捕获大量数据（如大数组、std::string、std::vector），就会触发堆分配。这不是 bug，但容易被忽略：

• 小捕获（如 [x](int y){ return x + y; }，其中 x 是 int）—— 通常不堆分配
• 大捕获（如 [data = std::vector(100000)](){ ... }）—— 必然堆分配，且拷贝构造 std::function 会复制整个 vector
• 避免方式：改用引用捕获 [&data]（注意生命周期！），或把大数据抽成外部对象，只捕获指针/引用

std::vector big_data(100000, 42);
auto bad_lambda = [big_data]() { return big_data.size(); }; // 堆分配，拷贝重
auto good_lambda = [&big_data]() { return big_data.size(); }; // 不复制 data，但需确保 big_data 活得比 function 久
std::function f = good_lambda;

std::function 与成员函数指针的绑定

不能直接把成员函数指针赋给 std::function，因为缺少 this。必须绑定实例（或用 std::bind / lambda 包装）：

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• 错：std::function f = &MyClass::do_something; —— 编译失败，“no known conversion”
• 对（lambda）：MyClass obj; std::function f = [&obj]() { obj.do_something(); };
• 对（std::bind）：std::function f = std::bind(&MyClass::do_something, &obj);
• 注意：若用 std::bind 绑定临时对象（如 std::bind(..., MyClass{})），调用时 this 悬空，UB

性能敏感场景下 std::function 的替代选择

如果函数调用在 hot path（如循环内、图形渲染每帧调用），std::function 的虚函数调用开销（即使 SOO）和可能的堆访问会影响性能。这时应考虑：

• 模板参数化：把可调用对象作为模板参数传入，让编译器内联（最高效）
• 函数指针：仅限无状态、无捕获的自由函数
• 手动函子（functor）类：定义 operator()，零开销，但失去类型擦除能力
• 别为了“统一接口”强行用 std::function —— 它的便利性是有代价的

真正麻烦的不是怎么写，而是忘记它背后是类型擦除+运行时分发，以及移动后原对象进入有效但未指定状态（不能再次调用，也不能比较）。