C++中std::functional 使用场景

更新时间：2026年02月19日 10:19:16 作者：sTone87375

std::functional是C++标准库中一个非常强大的工具,它提供了一种类型擦除机制,让你能够存储、传递和调用任何可调用对象,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

核心作用

1.统一的可调用对象包装器

std::function 可以包装任何可调用实体，只要签名匹配：

普通函数
Lambda 表达式
函数对象（仿函数）
成员函数（通过 std::bind 或 lambda）
甚至其他 std::function

2.类型擦除

隐藏具体类型，只暴露接口。这使得你可以：

在容器中存储不同类型的可调用对象
作为函数参数接受任意可调用对象
实现回调机制而不需要模板

主要使用场景

场景 1：回调函数（Callbacks）

#include <functional>
#include <iostream>

class Button {
    std::function<void()> onClick_;
public:
    void setOnClick(std::function<void()> callback) {
        onClick_ = callback;
    }
    void click() { if (onClick_) onClick_(); }
};

// 使用
Button btn;
btn.setOnClick([]() { std::cout << "Clicked!\n"; });
btn.click();

场景 2：策略模式 / 算法注入

#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>

void processData(std::vector<int>& data, 
                 std::function<bool(int)> filter,
                 std::function<int(int)> transform) {
    // 先过滤
    data.erase(std::remove_if(data.begin(), data.end(), 
              [&](int x) { return !filter(x); }), data.end());
    // 再转换
    for (auto& x : data) x = transform(x);
}

// 使用
std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
processData(nums,
    [](int x) { return x % 2 == 0; },  // 只保留偶数
    [](int x) { return x * x; }         // 平方
);

场景 3：事件系统 / 观察者模式

#include <functional>
#include <vector>
#include <string>

class EventSystem {
    std::vector<std::function<void(const std::string&)>> listeners_;
public:
    void subscribe(std::function<void(const std::string&)> listener) {
        listeners_.push_back(listener);
    }
    void emit(const std::string& event) {
        for (auto& listener : listeners_) {
            listener(event);
        }
    }
};

// 使用
EventSystem events;
events.subscribe([](const std::string& e) { 
    std::cout << "Logger: " << e << "\n"; 
});
events.subscribe([](const std::string& e) { 
    std::cout << "Metrics: recorded " << e << "\n"; 
});

场景 4：延迟执行 / 任务队列

#include <functional>
#include <queue>
#include <iostream>

class TaskQueue {
    std::queue<std::function<void()>> tasks_;
public:
    void addTask(std::function<void()> task) {
        tasks_.push(task);
    }
    void runAll() {
        while (!tasks_.empty()) {
            tasks_.front()();
            tasks_.pop();
        }
    }
};

// 使用
TaskQueue queue;
queue.addTask([]() { std::cout << "Task 1\n"; });
queue.addTask([]() { std::cout << "Task 2\n"; });
queue.runAll();

场景 5：绑定成员函数

#include <functional>
#include <iostream>

class Calculator {
public:
    int add(int a, int b) { return a + b; }
    int multiply(int a, int b) { return a * b; }
};

// 使用 std::bind
Calculator calc;
auto addFunc = std::bind(&Calculator::add, &calc, 
                         std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
std::cout << addFunc(3, 4); // 7

// 或者使用 lambda（更推荐，性能更好）
auto multiplyFunc = [&calc](int a, int b) { 
    return calc.multiply(a, b); 
};

std::functionvs 模板 vs 裸函数指针

特性	std::function	模板	裸函数指针
类型擦除	✅ 是	❌ 否	✅ 是（但只能指向函数）
存储 Lambda	✅ 可以	✅ 可以	❌ 不行（除非无捕获）
运行时开销	有（虚函数调用）	无	无
编译时类型检查	弱（运行时可能抛 bad_function_call）	强	强
存储在容器中	✅ 容易	❌ 难（需要类型擦除）	✅ 可以

最佳实践

优先使用模板：如果不需要存储可调用对象，用模板参数更高效

// 更好：零开销
template<typename Func>
void execute(Func&& f) { f(); }

// 有开销：类型擦除
void execute(std::function<void()> f) { f(); }

检查空状态：调用前确保 std::function 不为空
```
if (func) func();  // 或 if (func != nullptr)
```
注意开销：std::function 通常使用小对象优化（SOO），但大对象会堆分配
C++23 替代：考虑使用 std::move_only_function（仅移动）或 std::copyable_function

std::functional 的核心价值在于灵活性——当你需要在运行时决定调用什么、或者需要在容器中存储可调用对象时，它是不可或缺的工具。

到此这篇关于C++中std::functional 使用场景的文章就介绍到这了,更多相关C++ std::functional 使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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