為什么C++中有函數(shù)指針還需要std::function？
大家好，我是小風(fēng)哥。
C/C++中可以使用指針指向一段代碼，這個(gè)指針就叫函數(shù)指針，假設(shè)有這樣一段代碼：
#includeint func(int a) { return a + 1; } void main() { int (*f)(int) = func; printf("%p\n", f); }
我們定義了一個(gè)函數(shù)func，然后使用指針變量f指向該函數(shù)，然后打印出變量f指向的地址，代碼很簡(jiǎn)單，然后我們編譯一下，看下編譯后生成的指令，我們重點(diǎn)關(guān)注func函數(shù)：
0000000000400526: 400526: 55 push %rbp 400527: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 40052a: 89 7d fc mov %edi,-0x4(%rbp) 40052d: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 400530: 83 c0 01 add $0x1,%eax 400533: 5d pop %rbp 400534: c3 retq
可以看到，編譯好后的函數(shù)func位于地址0x400526這個(gè)地址，讓我們記住這個(gè)地址。
然后運(yùn)行一下編譯后生成的程序，想一想這段代碼會(huì)輸出什么呢？
顯然應(yīng)該是func函數(shù)的在內(nèi)存中的地址！
$ ./a.out 0x400526
沒有猜錯(cuò)吧，實(shí)際上函數(shù)指針本質(zhì)也是一個(gè)指針，只不過(guò)這個(gè)指針指向的不是內(nèi)存中的一段數(shù)據(jù)而是內(nèi)存中的一段代碼，就像這樣：
看到了吧，我們常說(shuō)的指針一般都是指向內(nèi)存中的一段數(shù)據(jù)，而函數(shù)指針指向了內(nèi)存中的一段代碼，在這個(gè)示例中指向了內(nèi)存地址0x400526，在這個(gè)地址中保存了函數(shù)func的機(jī)器指令。
現(xiàn)在你應(yīng)該明白函數(shù)指針了，細(xì)心的同學(xué)可能會(huì)有一個(gè)疑問，為什么編譯器在生成可執(zhí)行文件時(shí)就知道函數(shù)func存放在內(nèi)存地址0x400526上呢？這不應(yīng)該是程序被加載到內(nèi)存后開始運(yùn)行時(shí)才能確定的嗎？
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函數(shù)指針的作用是可以把一段代碼當(dāng)做一個(gè)變量傳來(lái)傳去，主要的用途之一就是回調(diào)函數(shù)，關(guān)于回調(diào)函數(shù)你可以參考《回調(diào)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理》這篇文章。
關(guān)于回調(diào)函數(shù)其實(shí)是在A模塊定義，在B模塊被調(diào)用，就像這樣：
然而有時(shí)我們會(huì)有這樣的場(chǎng)景，我們依然需要在模塊A定義函數(shù)，同時(shí)函數(shù)A的運(yùn)行需要依賴B模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，然后將模塊A定義的函數(shù)和模塊B產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一并傳遞給C模塊來(lái)調(diào)用，就像這樣：
此時(shí)，單純的函數(shù)指針已經(jīng)不夠用了，因?yàn)楹瘮?shù)指針只是單純的指向了內(nèi)存中的一段代碼，我們不但需要將內(nèi)存中的一段代碼同時(shí)也需要將內(nèi)存中的一塊數(shù)據(jù)傳遞給模塊C，此時(shí)你可以定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，將代碼和數(shù)據(jù)打包起來(lái)，就像這樣：
typedef void (*func) (int);
struct closure{
func f;
int arg;
};
我們將這個(gè)結(jié)構(gòu)體命名為closure，注意看，這個(gè)結(jié)構(gòu)中有兩部分：
-
一個(gè)指向代碼的指針變量 -
一個(gè)保存數(shù)據(jù)的變量
這樣，我們?cè)贏模塊為指針變量賦值，在B模塊為保存數(shù)據(jù)的變量賦值，然后將此結(jié)構(gòu)體傳遞給模塊C，模塊C中可以這樣使用：
void run(struct functor func) {
func->f(func->arg);
}
即，closure既包含了一段代碼也包含了這段代碼使用的數(shù)據(jù)，這里的數(shù)據(jù)也被稱為context，即上下文，或者environment，即環(huán)境，不管怎么稱呼，其實(shí)就是函數(shù)運(yùn)行依賴的數(shù)據(jù)：
而這也正是C++中std::function的目的所在。
單純的函數(shù)指針并沒有捕捉上下文的能力，這里的上下文就是指代碼依賴的數(shù)據(jù)，你不得不自己動(dòng)手構(gòu)造出一個(gè)結(jié)構(gòu)體用來(lái)存儲(chǔ)代碼依賴的上下文。
在C++中你沒有辦法單純的利用函數(shù)指針指向?qū)ο蟮某蓡T函數(shù)，就是因?yàn)楹瘮?shù)指針沒有辦法捕捉this(指向?qū)ο蟮闹羔?這個(gè)上下文。
std::function的作用本質(zhì)上和我們剛才定義的結(jié)構(gòu)體區(qū)別不大。
利用std::function你不但可以保存一段代碼，同時(shí)也可以保存必要的上下文，然后在合適的地方基于上下文調(diào)用這段代碼。
同時(shí)std::function也更加通用，你可以用其存儲(chǔ)任何可以被調(diào)用的對(duì)象(callable object)，只要有正確的函數(shù)簽名即可。
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