c++如何使用std::function_c++通用的函数包装器【进阶】

std::function能接住所有签名匹配的可调用对象：普通函数指针、带捕获的lambda、std::bind表达式、重载operator()的仿函数、成员函数指针（需绑定对象或用std::mem_fn包装）。

std::function 能接住哪些可调用对象？

它不是函数指针的增强版，而是统一接口的“可调用物收纳盒”——只要能 () 调用、且签名匹配，就都能塞进去。常见能装的包括：

• 普通函数指针：void func(int) → std::function
• Lambda（含捕获）：[x](int y) { return x + y; }，哪怕捕获了局部变量也没问题
• 绑定表达式：std::bind(&A::method, &a, _1)，返回值类型需与 std::function 声明一致
• 重载了 operator() 的仿函数类（functor）
• 成员函数指针（需配合对象或指针使用，如 std::mem_fn 或 std::bind）

注意：不能直接存裸的成员函数指针（如 &A::foo），因为调用时缺 this；必须绑定对象或用 std::mem_fn 包一层。

声明和赋值时最容易漏掉的类型匹配细节

std::function 是模板，类型在编译期固定，括号里的签名必须**完全匹配**——参数类型、const 限定、引用性、返回值类型，一个都不能松动。

例如：

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std::function f1;
f1 = [](int& x) -> int { return x++; }; // OK
f1 = [](const int& x) -> int { return x; }; // 编译失败：参数非常量引用 vs const 引用
f1 = [](int x) -> int { return x; }; // 编译失败：值传递 vs 引用传递

常见坑：

• 误以为 std::function 能接 std::function ——不能，const 成员函数的调用算不同签名
• 返回值是 void 时，lambda 里写了 return 42; 会编译失败（类型不匹配）
• 用 auto 推导 lambda 类型再转成 std::function，可能因捕获导致大小超限（见下条）

性能开销在哪？什么时候该警惕

std::function 内部通常用类型擦除实现，意味着一次间接跳转（虚函数或函数指针调用），以及可能的堆分配——当保存的可调用对象尺寸超过内部缓冲（常见为 16–32 字节），就会 new 堆内存。

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影响性能的关键点：

• 捕获大量数据的 lambda（比如捕获一个 std::vector）→ 很可能触发堆分配
• 高频调用场景（如渲染循环、音频 callback）中，std::function 的间接调用比直接函数指针慢 10%–30%
• 移动语义支持有限：C++11/14 中移动后状态未定义；C++17 起保证移动后为空（f.empty() == true），但仍是开销

替代方案参考：

• 若只传函数指针或无捕获 lambda，优先用 template void foo(F&& f) + std::invoke
• 固定少量类型时，考虑 std::variant<:function>, std::function<...>> 避免类型擦除

如何安全地判空和重置

std::function 支持布尔上下文判断是否“有目标”，但要注意它不等于“可调用”——只是说有没有绑定东西。

正确写法：

std::function cb;
if (cb) { // 等价于 !cb.empty()
    cb(); // 安全调用
}
cb = nullptr; // 清空，等价于 cb = {}

容易错的地方：

• 对未初始化的 std::function 直接调用（未判空）→ 行为未定义（不是抛异常）
• 用 cb == nullptr 判空：C++17 起才支持，旧标准不合法；统一用 if (cb) 更便携
• 移动后没清空原对象就再次调用：C++17 后移动后为 empty，但 C++14 及以前是未定义行为，务必避免

真正复杂的是跨线程共享 std::function：它本身不保证线程安全，读写需外部加锁；如果要在线程间传递回调，建议用 std::shared_ptr 包裹或设计无状态回调协议。