原来 C++ 这么简单：每日十题轻松学 (Day 9 std::function 与回调系统设计篇)-优快云博客

📘 本篇围绕 std::function 为核心，深入探讨其在事件回调、接口抽象、函数封装等实战场景中的用法。结合前一天的函数对象与 Lambda 表达式知识，我们从底层原理出发，逐步构建一个轻量级的可插拔回调机制，帮助你理解类型擦除、参数绑定、函数对象封装的完整思路。

🔁 Day 8 回顾：函数对象与 Lambda 的本质与用法

知识点	核心理解
函数对象	定义 `operator()` 成员，封装状态 + 可调用行为
Lambda 表达式	匿名可调用对象，支持变量捕获、传参、嵌套组合
混合用法	函数对象负责状态逻辑，Lambda 编排任务流程
应用场景	排序、过滤、延迟执行、注册回调、策略接口等

📌 回顾思考：如何将这些“可调用对象”在运行期灵活统一管理？如何封装成更易用的接口？答案正是 std::function。

🎯 今日目标：掌握 `std::function` 的本质、优势与系统性用法

关键词	学习目标
std::function	理解其类型擦除原理、构造方式与使用技巧
std::bind / std::invoke	掌握参数绑定与延迟调用的机制与实用场景
回调系统	搭建一个轻量级事件注册与触发框架

在这里插入图片描述

✅ 一、std::function：统一所有“可调用对象”的万能容器

🔹 基本用法

#include <functional>
#include <iostream>

std::function<int(int, int)> add;

add = [](int a, int b) { return a + b; };
std::cout << add(3, 4);  // 输出 7

📌 能接受以下类型：

普通函数指针
成员函数（需绑定）
Lambda（含捕获）
函数对象类实例

🔹 核心原理：类型擦除

C++ 中函数对象类型各异，不能统一
std::function 内部通过虚函数 + 堆分配实现“隐藏真实类型”
用户只需关注“签名”，不必关心传入对象的具体类名

✅ 二、std::bind 与 std::invoke：封装 + 延迟调用工具

🔹 示例：bind 绑定参数

#include <functional>

int mul(int a, int b) { return a * b; }
auto times2 = std::bind(mul, 2, std::placeholders::_1);
std::cout << times2(10); // 输出 20

🔹 示例：invoke 统一调用形式

#include <functional>
#include <iostream>

void greet(const std::string& name) {
    std::cout << "Hello, " << name << "!\n";
}

std::invoke(greet, "Alice");  // 等价于 greet("Alice")

📌 典型应用：

回调系统中传递已绑定对象函数
封装多态回调统一入口调用

✅ 三、实战：设计一个轻量级回调系统

🧩 目标

注册回调函数（任意可调用对象）
多个回调可独立存在
支持触发与取消绑定

🔸 Step 1：定义回调管理器

class EventManager {
public:
    using Callback = std::function<void()>;

    int addCallback(Callback cb) {
        callbacks[++currentId] = cb;
        return currentId;
    }

    void removeCallback(int id) {
        callbacks.erase(id);
    }

    void triggerAll() {
        for (auto& [id, cb] : callbacks) {
            cb();
        }
    }

private:
    std::map<int, Callback> callbacks;
    int currentId = 0;
};

🔸 Step 2：注册回调（函数 / lambda / 对象）

EventManager manager;

manager.addCallback([](){ std::cout << "Callback 1\n"; });
manager.addCallback([](){ std::cout << "Callback 2\n"; });

struct Printer {
    void operator()() const { std::cout << "Printer called\n"; }
};
manager.addCallback(Printer{});

manager.triggerAll();

📌 输出：

Callback 1
Callback 2
Printer called

✅ 四、进阶设计：支持带参数回调

🔹 改进支持：

class IntEventManager {
public:
    using Callback = std::function<void(int)>;

    int add(Callback cb) {
        callbacks[++id] = cb;
        return id;
    }

    void trigger(int value) {
        for (auto& [_, cb] : callbacks) {
            cb(value);
        }
    }

private:
    std::map<int, Callback> callbacks;
    int id = 0;
};

🔹 使用：

IntEventManager em;
em.add([](int v) { std::cout << "Value: " << v << std::endl; });
em.trigger(42);

📌 本质：std::function 允许你自由定义签名，只要签名匹配，即可任意组合封装函数对象。

✅ 五、实战应用场景总结

场景	使用建议
注册点击按钮事件	std::function<void()> + lambda
数据到达回调	std::function<void(Data)> 或封装消息处理结构
组件通信	std::function + bind 成员方法
插件机制	提供 std::function 接口注册插件
批量调度/取消任务	结合 id 存储，triggerAll + remove 实现调度控制