C++的std::function

从函数指针到std::function

函数指针的作用大家应该十分熟悉，它使得我们可以把函数当成参数传递。在C语言中，这种方法几乎非常完美，可以实现基本上所有的传递函数的操作。但是在C++中，由于仿函数的出现，C语言中的函数指针变得不通用了。（仿函数就是重载了operator()的类。）

void func()
{
	std::cout << "普通函数";
}
class T
{
public:
	void operator()()
	{
		std::cout << "仿函数";
	}
};
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想要绑定func函数，非常简单，只需要使用以下代码即可：

void (*p1)(void) = func;
p1();
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然而，同样的方法并不能绑定仿函数！因为在C++中，仿函数可能读取成员变量，所以被视为与普通函数不同的类型。要想绑定仿函数，我们必须这样：

void (T:: * p2)(void) = &T::operator();
(T().*p2)();
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这样一来，对于仿函数的操作就麻烦了许多，所以，我们必须寻求一种通用的方法。这个方法就是std::function。

使用std::function

std::function是C++标准库中的一个模板类，用来保存一个函数、仿函数或lambda表达式。std::function重载了operator()，使得调用函数就是普通的方式。使用前需要包含头文件。使用格式是：

std::function<返回值类型(参数类型)> 对象名(函数、仿函数或lambda表达式);
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例如上面的例子就可以写成：

std::function<void(void)> f1(func),f2(T());
f1();
f2();
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值得注意的是，std::function的模板参数不能省略参数类型外面的括号，即使没有参数也不能。例如，上例就不能写成

std::function<void> f1(func);//会报错
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另外，模板参数也不能指定noexcept。例如std::function也是不行的。但这并不意味着不能绑定noexcept函数，如果想绑定noexcept函数直接用std::function即可。

std::function与lambda

值得注意的是，lambda表达式的类型并不是std::function，而是一种编译器自动生成的类，与std::function类似，lambda表达式也重载了operator()，但它们的类型和std::function并不一样。为什么std::function能存储lambda表达式呢？因为lambda表达式能够隐式转换为函数指针，这样就可以再转为std::function了。

std::function的缺点

std::function虽然很好用，但是也有一点缺陷，使其不能完全代替函数指针。这个缺陷就是，因为它可以绑定仿函数，所以它不能作为编译期常量。如下面的例子：

#include 
#include
void func()
{
	std::cout << "test";
}
consteval std::function<void(void)> GetFunc1()
{
	return func;
}
using FuncType = void(*)(void);
consteval FuncType GetFunc2()
{
	return func;
}
int main()
{
	return 0;
}
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函数GetFunc1会报错，因为std::function不能作为编译期常量。

正因为如此，std::function不能作为模板的非类型参数的类型，但是函数指针可以。

std::function的可读性

如果在使用函数指针和std::function都行的情况下，应该优先选用哪个呢？我个人的建议是优先使用std::function，因为他比起函数指针来可读性大大增加（C++函数指针的语法特别变态，特别是复杂了的话就非常难懂）。比如下面这个例子：

using T = void(*(*)(void))(void);
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你认为T是什么类型？相信大多数人肯定一脸懵逼。其实T是一个函数指针，指向的函数A返回值又是一个函数指针，指向函数B，A无参数，B的返回值是void，B无参数。
再拿这个例子，如果把它转成typedef，应该把类型名称放哪里？这又是个很麻烦的问题，其实，转成typedef是这样的：

typedef void(*(*T)(void))(void);
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试问这样的代码是给人看的？对于这种问题，有两种解决方法，一是及时使用using来提高可读性，如：

using T1 = void(*)(void);//函数指针，无参无返回值，相信这个大家还能看懂
using T = T1(*)(void);//函数指针，无参，返回值类型是T1
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C++的函数指针变态就变态在星号和参数列表等位置特别反人类。具体来说，上面这个例子这样可以编译通过，但是如果直接把T1带入到T中求出Td的完整形式，那对不起，你想得太简单了，根本编译通不过！这就是函数指针的变态之处。而这样把T1看成一个整体，就提高了可读性。
还有一种办法，就是使用std::function。使用std::function的代码：

using T = std::function<std::function<void(void)>(void)>;
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这样是不是特别清晰明了？这个函数返回值是std::function，无参数，一眼就能看出来，也符合人类的习惯。所以，在函数指针和std::function都可以使用的情况下，推荐使用后者。