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c++的std::function和函数指针有什么区别类型擦除技术【现代c++】

尼克

发布： 2025-12-21 18:16:02

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c++kquote>std::function 是基于类型擦除的通用可调用对象包装器，支持存储、复制和调用函数、lambda、成员函数等；函数指针仅能存储无状态的普通函数地址，类型严格且无运行时开销。

c++的std::function和函数指针有什么区别类型擦除技术【现代c++】

std::function 是类型擦除的通用可调用对象包装器

std::function 不是一个指针，而是一个类模板，能存储、复制和调用任意可调用对象：普通函数、成员函数、lambda 表达式、bind 表达式等。它内部使用类型擦除技术——把不同类型的可调用体统一转换为一个私有基类接口，再通过虚函数或函数指针跳转实现统一调用。这意味着你写 std::function<int></int>，就能装 [](int x){return x+1;}、&abs、甚至 std::bind(&X::f, obj, _1)。

函数指针是 C 风格的、类型严格的地址引用

函数指针（如 int(*)(int)）只保存某个具名函数的内存地址，不带状态、不能捕获变量、无法绑定对象或参数。它要求签名完全匹配：返回类型、参数个数与类型都必须一致。比如 void f(int) 的指针不能赋给 void(*)(double)，哪怕只是参数类型微调也不行。它轻量（通常就是一个指针大小），无额外开销，但能力非常受限。

关键差异体现在五个方面

可存储内容不同：函数指针只能存普通非成员函数；std::function 还能存 lambda（含捕获）、成员函数指针（需配合对象）、bind 结果等
类型安全性不同：函数指针类型由签名决定，强制编译期检查；std::function 在构造/赋值时做运行期兼容性检查（不匹配会抛 std::bad_function_call 或编译失败）
性能开销不同：函数指针调用是直接跳转，零开销；std::function 调用至少有一次间接跳转（可能涉及虚函数表或函数指针查表），还带一小段管理内存（小对象优化前可能堆分配）
拷贝与生命周期管理：函数指针拷贝就是复制地址；std::function 拷贝会深拷贝其内部存储的可调用对象（如 lambda 捕获的数据）
空值语义明确：两者都支持判空（if (f)），但 std::function 空态调用会抛异常，函数指针空值解引用是未定义行为

类型擦除在 std::function 中怎么工作

std::function 内部定义了一个抽象基类（如 std::function<r>::impl_base</r>），声明了 invoke、copy、destroy 等虚函数。每种可调用类型（比如 lambda）都会生成一个具体派生类，实现这些接口。构造时，std::function 根据传入对象类型 new 出对应派生类实例，并保存指向它的指针（或小对象优化进内部缓冲区）。调用 operator() 时，实际走的是虚函数 dispatch，从而屏蔽底层类型差异。