60 C++ 现代C++编程艺术9-function用法

C++ 现代C++编程艺术9 - std::function的5种核心用法

文章目录

• [C++ 现代C++编程艺术9 - `std::function`的5种核心用法](#C++ 现代C++编程艺术9 - std::function的5种核心用法)
• • [1. 封装普通函数（基础回调）🔧](#1. 封装普通函数（基础回调）🔧)
  • [2. 存储Lambda表达式（动态行为）🐑](#2. 存储Lambda表达式（动态行为）🐑)
  • [3. 绑定对象成员函数（面向对象集成）🏗️](#3. 绑定对象成员函数（面向对象集成）🏗️)
  • [4. 实现函数组合（高阶函数）🔄](#4. 实现函数组合（高阶函数）🔄)
  • [5. 作为容器元素（回调集合）🧩](#5. 作为容器元素（回调集合）🧩)

1. 封装普通函数（基础回调）🔧

场景：实现事件驱动架构

#include <functional>
 
// 声明函数类型 
void LogEvent(const std::string& msg) {
    std::cout << "[EVENT] " << msg << std::endl;
}
 
int main() {
    // 封装普通函数
    std::function<void(const std::string&)> callback = LogEvent;
    callback("System started"); // 输出: [EVENT] System started 
}

优势：

• 统一函数签名，实现松耦合设计
• 适用于GUI事件、网络请求回调等场景

2. 存储Lambda表达式（动态行为）🐑

场景：运行时策略选择

std::function<int(int, int)> operation;
 
// 运行时决定运算逻辑
if (user_choice == "add") {
    operation = [](int a, int b) { return a + b; };
} else {
    operation = [](int a, int b) { return a * b; };
}
 
std::cout << operation(3, 4); // 输出7或12

优势：

• 捕获上下文变量（值/引用）
• 替代策略模式，减少类层次复杂度

3. 绑定对象成员函数（面向对象集成）🏗️

class Sensor {
public:
    float read() const { return 42.5f; } 
};
 
int main() {
    Sensor tempSensor;
    
    // 绑定对象成员函数
    std::function<float()> reader = std::bind(&Sensor::read, &tempSensor);
    
    std::cout << "Temperature: " << reader(); // 输出42.5 
}

最佳实践：

• 使用std::bind时务必传递对象指针（避免悬空引用）
• 优先用Lambda替代：[&] { return tempSensor.read(); }

4. 实现函数组合（高阶函数）🔄

场景：数据处理流水线

// 函数组合工具 
auto compose = [](auto f, auto g) {
    return [f,g](auto x) { return f(g(x)); };
};
 
std::function<int(int)> square = [](int x){ return x*x; };
std::function<int(int)> increment = [](int x){ return x+1; };
 
// 组合函数: (x+1)^2 
auto pipeline = compose(square, increment);
std::cout << pipeline(3); // 输出16 ( (3+1)^2 )

进阶技巧：

• 结合std::bind实现参数重组：
  auto fn = std::bind(compose, std::placeholders::_1, increment);

5. 作为容器元素（回调集合）🧩

场景：观察者模式/插件系统

std::vector<std::function<void(int)>> listeners;
 
// 添加监听器
listeners.push_back([](int data) { 
    std::cout << "Logger: " << data << "\n"; 
});
listeners.push_back([](int data) {
    if(data > 100) alert_system();
});
 
// 触发事件
void notify(int event_data) {
    for (auto& listener : listeners) {
        listener(event_data); // 依次调用所有回调 
    }
}

⚠️关键优势：

• 支持动态添加/移除回调函数
• 比虚函数接口更轻量（无vtable开销）

⚠️ 使用注意事项

1. 性能优化

   • 高频调用场景避免小型std::function（内联Lambda更优）
   • 移动语义替代拷贝：callbacks.push_back(std::move(my_function))

2. 安全性

   std::function<void()> unsafe_func;
   if (unsafe_func) {  // 必须检查空状态!
       unsafe_func();  // 否则抛出bad_function_call 
   }

3. 内存管理

   // 捕获大对象时使用智能指针
   auto big_data = std::make_shared<DataSet>();
   auto processor = [big_data] { /*...*/ };