std::function
std::function是C++标准库中非常重要且强大的一个模板类，它让我们可以像使用普通函数一样灵活地存储和调用各种类型的“可调用对象”。下面我会用通俗的比喻，逐步详细讲解，让你不仅了解它的用法，还有背后的设计思想。
一、什么是std::function？
简单说：
std::function是一个“万能的容器”，专门用来存储“那些可以调用的东西”。这些“东西”可以是普通函数、Lambda表达式、函数对象（重载了operator()的类实例），或者绑定了参数的函数。
打个比喻：
就像一个万能遥控器，你可以用它控制电视、空调、灯泡，只要你给它“控制方案”。同样，std::function也是一个“遥控器”，可以存放和调用各种“可调用对象”。
二、std::function的基本语法和定义
#include <functional>std::function<返回类型(参数类型列表)> fn;
比如：
std::function<int(int, int)> add; // 可以存储任何两个整数参数，返回整数的函数
三、std::function可以存什么？
1. 普通函数
int add(int a, int b) { return a + b; }
fn = add; // 存储普通函数
2. 函数指针
int multiply(int a, int b) { return a * b; }
int (*p)(int, int) = multiply;
fn = p; // 存储函数指针
3. Lambda表达式（匿名函数）
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fn = [](int a, int b) { return a - b; };
4. 函数对象（仿函数）
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struct Functor {int operator()(int a, int b) { return a / b; }
};
Functor f;
fn = f; // 存储函数对象
四、std::function的用法总结（逐步演示）
1. 定义
#include <functional>
#include <iostream>int main() {std::function<int(int, int)> fn; // 可以存储任何返回int、接受两个int的东西
}
2. 赋值（存入不同类型的“可调用对象”）
// 存普通函数
int add(int a, int b) { return a + b; }
fn = add;
std::cout << fn(2, 3) << std::endl; //输出5// 存lambda
fn = [](int a, int b) { return a * b; };
std::cout << fn(2, 3) << std::endl; //输出6// 存函数对象（仿函数）
struct Divide {int operator()(int a, int b) { return a / b; }
};
Divide div;
fn = div;
std::cout << fn(10, 2) << std::endl; //输出5
3. 调用（执行存储的函数）
int result = fn(10, 5);
std::cout << "结果是：" << result << std::endl;
4. 什么时候用std::function？
- 需要把不同的函数存到一起，作为参数或成员变量（多态调用）
- 做回调函数
- 实现策略模式（不同策略切换）
- 在容器中存放“不同实现”的函数
五、std::function的内部实现（简要、通俗版）
其实，你不用太担心实现细节，它是用模板、类型擦除、动态内存分配等复杂技术实现的。其核心思想是：
- 类型擦除（Type Erasure）：让你不用关心存的到底是什么类型，只要它符合调用规范。
- 虚函数表（虚继承）配合存储：实现“存、调用、复制”的必要逻辑。
这意味着：
-你可以用一个std::function变量存放任何符合“调用签名”的可调用对象；
-它会在内部通过指针和虚函数机制，把不同类型的“调用者”包装在一起。
六、std::function的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 支持多种类型的可调用对象，极大增强灵活性 | 相比普通函数调用，略微有性能损失（额外的虚拟调用和内存） |
| 默认支持拷贝赋值，易于使用 | 占用额外的堆内存（特别是存放大对象时） |
| 类型安全，编译时检查签名 | 不支持存储非调用对象（如非函数的指针/成员指针） |
| 便于实现回调、多态、多功能参数等 | 不适用极端性能场景（比如数十亿调用极端优化） |
七、实际应用场景举例
1. 简单回调函数
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#include <functional>
#include <vector>
#include <iostream>void executeCallback(const std::function<void(int)>& callback, int value) {callback(value);
}int main() {auto lambda = [](int x) { std::cout << "lambda: " << x << std::endl; };executeCallback(lambda, 42); // 存放lambda
}
2. 多策略的封装
用std::function存放不同的“策略”实现，切换灵活。
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#include <functional>
#include <iostream>void process(const std::function<int(int,int)>& op, int a, int b) {std::cout << "结果：" << op(a, b) << std::endl;
}int main() {process([](int x, int y){ return x + y; }, 3, 4);process([](int x, int y){ return x * y; }, 3, 4);
}
八、简单总结
| 关键词 | 作用/意义 |
|---|---|
std::function | 一个“万能容器”，用来存放并调用任何符合签名的函数或函数对象 |
| “存储” | 可以存放普通函数、Lambda、仿函数、函数指针、绑定参数的函数等 |
| “调用” | 通过调用operator()，像调用普通函数一样使用 |
| 设计思想 | 类型擦除 + 多态，隐藏具体实现，提供极佳的灵活性 |