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C++ 中的函数包装：std::bind()、std::function＜＞、函数指针与 Lambda

news 2025/7/16 19:27:18

函数包装（Function Wrapping）是一种编程技术，指的是将一个函数（或可调用对象）封装在另一个函数或对象中，以扩展其功能、修改其行为或提供额外的上下文。函数包装的核心思想是通过一个“包装器”来间接调用原始函数，同时可以在调用前后执行额外的逻辑。

函数指针

函数指针是 C++ 中最基础的函数包装方式。可以将函数的地址存储在指针中，并通过该指针调用函数。

#include <iostream>void printHello() {std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}
void printSum(int a, int b) {std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;
}int main() {void (*funcPtr)() = &printHello;funcPtr();  // 输出: Hello, World!void (*funcPtr2)(int, int) = &printSum;funcPtr2(10, 20); // 输出: Sum: 30return 0;
}

void (*funcPtr2)(int, int)

funcPtr2：函数指针起的名字，就像变量名一样。
*：表明funcPtr2是一个指针，是指向函数的指针，而不是指向简单数据类型的普通指针。
void：指出该指针所指向的函数返回值类型为void。
(int, int)：函数的参数列表，该函数接受两个int类型的参数。

优势

简单直接：函数指针的概念简单，易于理解和使用。
性能高：函数指针直接指向函数地址，调用开销小。

缺点

类型不安全：函数指针的类型检查较弱，容易出错。
灵活性差：无法直接绑定成员函数或带有状态的函数。

std::function<>

std::function<> 是 C++11 引入的一个通用函数包装器，它可以存储任何可调用对象（如函数、Lambda 表达式、成员函数等）。

需要头文件：#include <functional>

#include <iostream>
#include <functional>void printHello() {std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}void printSum(int a, int b) {std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;
}int main() {std::function<void()> func = printHello;func();  // 输出: Hello, World!std::function<void(int, int)> func2 = printSum;func2(10, 20);  // 输出: Sum: 30// 接收lambda表达式类型std::function<int(int, int)> func3 = [](int a, int b) {return a * b;};func3(10, 20);  // 输出：30return 0;
}

std::function<void(int, int)> func2 = printSum：

std::function<...>：是一个模板类，用于封装可调用对象。模板参数描述了被封装对象的签名。

void(int, int)：模板参数，描述了被封装对象的签名，这里是接受了两个int类型的参数返回类型为void。

在代码中，也可以使用using 关键字与 std::function<> 结合使用，用于定义类型别名，从而简化代码并提高可读性。

#include <iostream>
#include <functional>// 使用 using 定义 std::function 类型别名
using IntFunction = std::function<int(int, int)>;// 普通函数
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {// 使用别名声明 std::function 对象IntFunction func = add;// 调用std::cout << "Result: " << func(2, 3) << std::endl; // 输出 5return 0;
}

优势

通用性强：可以存储任何可调用对象，包括函数、Lambda 表达式、成员函数等。
类型安全：std::function<> 提供了类型检查，减少了出错的可能性。

缺点

性能开销：相比于函数指针，std::function<> 有一定的性能开销，尤其是在存储复杂对象时。

std::bind()

std::bind() 是 C++11 引入的一个函数适配器，它可以将函数与参数绑定在一起，生成一个新的可调用对象。

需要头文件：#include <functional>

#include <iostream>
#include <functional>void printSum(int a, int b) {std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;
}int main() {auto boundFunc = std::bind(printSum, 10, std::placeholders::_1);boundFunc(20);  // 输出: Sum: 30return 0;
}

优势

参数绑定：可以将部分参数预先绑定，生成一个新的可调用对象。
灵活性高：可以绑定成员函数、普通函数等。

缺点

可读性差：std::bind() 的语法较为复杂，可读性较差。
性能开销：与 std::function<> 类似，std::bind() 也有一定的性能开销。

Lambda 表达式

Lambda 表达式是 C++11 引入的一种匿名函数，它可以在代码中直接定义并使用。

#include <iostream>int main() {auto lambda = [](int a, int b) {std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;};lambda(10, 20);  // 输出: Sum: 30return 0;
}

C++11特性详解-CSDN博客可看lambda表达式具体使用方法。

优势

简洁：Lambda 表达式可以在代码中直接定义，无需单独声明函数。
捕获外部变量：Lambda 表达式可以捕获外部变量，使得函数更加灵活。

缺点

可读性差：复杂的 Lambda 表达式可能会降低代码的可读性。
性能开销：捕获外部变量时，Lambda 表达式可能会引入额外的性能开销。

其他函数包装方式

除了上述几种方式，C++ 还提供了其他一些函数包装技术，如函数对象（Functor）和成员函数指针。

函数对象（Functor）

函数对象是一个重载了 operator() 的类对象，它可以像函数一样被调用。

#include <iostream>struct Sum {void operator()(int a, int b) const {std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;}
};int main() {Sum sum;sum(10, 20);  // 输出: Sum: 30return 0;
}

成员函数指针

成员函数指针可以指向类的成员函数，并通过对象或指针调用。

#include <iostream>class MyClass {
public:void printHello() {std::cout << "Hello, World!" << std::endl;}void printSum(int a, int b) {std::cout << "Sum: " << a + b << std::endl;}
};int main() {MyClass obj;void (MyClass::*funcPtr)() = &MyClass::printHello;(obj.*funcPtr)();  // 输出: Hello, World!void (MyClass::*funcPtr2)(int, int) = &MyClass::printSum;(obj.*funcPtr2)(10, 20);  // 输出: Sum: 30return 0;
}