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C++ | std::function

news 来源：原创 2025/6/20 12:56:37

引言

在 C++ 开发中，处理函数、Lambda 表达式、函数对象等可调用对象时，常常需要一种统一的机制来管理它们。传统的函数指针虽然简单，但无法直接处理带有状态的对象（如 Lambda 或绑定参数的函数）。C++11 引入的 std::function 解决了这一问题，提供了一种类型安全且灵活的方式，能够封装任意可调用对象。本文将深入探讨 std::function 的用法、应用场景及注意事项。

什么是 `std::function`？

std::function 是定义在 <functional> 头文件中的一个模板类，用于封装可调用对象（如普通函数、Lambda、成员函数等）。其模板参数为函数签名，例如：

#include <functional>
std::function<int(int, int)> func; // 封装返回 int，接受两个 int 参数的函数

通过 std::function，开发者可以像操作普通对象一样传递、存储和调用各种形式的可调用实体。

为什么需要 `std::function`？

类型统一
不同类型的可调用对象（如函数指针、Lambda）无法直接赋值给同一变量，而 std::function 提供了一种通用容器。
支持复杂对象
相比 C 风格函数指针，std::function 可以封装带有状态的函数对象（如捕获变量的 Lambda）。
提升代码灵活性
适用于回调机制、事件处理等场景，允许运行时动态切换逻辑。

`std::function` 的基本用法

1. 封装普通函数

int Add(int a, int b) { return a + b; }

std::function<int(int, int)> func = Add;
std::cout << func(2, 3); // 输出 5

2. 封装 Lambda 表达式

auto lambda = [](int a, int b) { return a * b; };
std::function<int(int, int)> func = lambda;
std::cout << func(3, 4); // 输出 12

3. 封装成员函数（需结合 `std::bind`）

class Calculator {
public:
    int Multiply(int a, int b) { return a * b; }
};

Calculator calc;
auto bound_func = std::bind(&Calculator::Multiply, &calc, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
std::function<int(int, int)> func = bound_func;
std::cout << func(5, 6); // 输出 30

4. 封装函数对象（仿函数）

struct Subtract {
    int operator()(int a, int b) { return a - b; }
};

Subtract sub;
std::function<int(int, int)> func = sub;
std::cout << func(10, 4); // 输出 6

应用场景

回调机制
在异步编程中，通过 std::function 传递回调函数：

void DownloadFile(const std::string& url, std::function<void(bool)> callback) {
    // 模拟下载完成后调用回调
    callback(true); 
}

DownloadFile("example.com", [](bool success) {
    std::cout << "Download " << (success ? "成功" : "失败");
});

事件处理系统
管理多个事件监听器：

class EventHandler {
private:
    std::vector<std::function<void()>> listeners;
public:
    void AddListener(std::function<void()> listener) {
        listeners.push_back(listener);
    }
    void Trigger() {
        for (auto& listener : listeners) listener();
    }
};

策略模式
动态切换算法逻辑：

class Processor {
private:
    std::function<int(int, int)> strategy;
public:
    void SetStrategy(std::function<int(int, int)> func) { 
        strategy = func; 
    }
    int Execute(int a, int b) { 
        return strategy(a, b); 
    }
};

注意事项

性能开销
std::function 的调用比直接调用函数或函数对象稍慢（涉及间接调用），在性能敏感场景需谨慎使用。
空指针检查
调用前需确保 std::function 非空，否则会抛出 std::bad_function_call 异常：
```
if (func) {
    func(1, 2); // 安全调用
}
```
对象生命周期
若封装了对象的成员函数或 Lambda 捕获了引用，需确保对象在调用时未被销毁。