C++ 可调用函数集合的std:：函数的替代方案

除了求助于

std:：function

，还有其他方法来存储同质的可调用集合吗？即，在以下代码中替换类型

T

using T = std::function<void(int)>;
std::vector<T> v{some_lambda, some_fn_ptr, some_pmf, some_functor};

使用T=std:：函数；
向量v{some_lambda，some_fn_ptr，some_pmf，some_函子}；

还有别的吗

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当将单个可调用项作为参数传递给高阶函数时，我尽可能使用模板来避免

std:：function

的开销。但是对于集合，我不知道我是否能做些什么。

仍然允许您在此处指定的所有备选方案

向量v{some_lambda，some_fn_ptr，some_pmf，some_函子}；

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您当然可以创建自己的模板声明，以满足所有这些需求。尽管我看不出它如何比

std:：function

更有效或更好，除非您对该类型进行更多限制。

std:：function的开销之所以存在，是因为它是一种值类型。它在内部存储你给它的函子的副本（当然它可以从中移动）。它可以进行类型擦除，但由于它可以存储任意一方的对象，因此它必须能够分配内存来执行此操作

因此，如果您的需求不要求函数实际存储一个对象，如果它只能引用一个将继续存在的对象，那么您就可以了。您可以找到几种此类类型的实现，通常称为

function\u ref

。这种类型从不分配内存；虽然它们的开销不是零，但也没有

函数

那么大

但是，这些是对现有函数的引用。对于函子，它们引用一个真实的C++对象（而不是函数/成员指针）。这就产生了一个潜在的终身问题。对于立即回调（您将它们传递给只在回调期间调用该回调的函数），这不是什么大问题。但在你的情况下，它可能不会有用

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最终，如果您无法解决生存期问题，那么使用

std:：function

的开销实际上对您很有用。所以最好接受它。

直接类型最大的开销减少来源是内联函数的能力。在重复应用的紧密循环中，内联函数有时可以矢量化或以其他方式获得大规模优化

std:：function

的第二个开销来源是它使用虚拟函数表。这会导致两个“随机访问”内存查找——一个用于vtable，另一个跟随vtable上的指针。如果先前使用的缓存中没有这些内容，那么它的成本是合理的。然而，如果它们在缓存中，这最终不会花费太多（一些指令）

std:：function

的最后一个开销来源是内存分配。如果存储在

std:：function

中的对象较大（例如，在MSVC中，大于

sizeof（std:：string）*2

，其中

std:：string

本身使用SBO，因此大小适中），则会发生堆分配。因此，无论何时复制或创建

std:：function

，成本都相当高

每一个问题都可以缓解

定制的

std:：function

克隆可以使用vtable-less调用类型擦除来降低#2的成本。这是有成本的

可以写入不存储可调用函数的

函数\u ref

类型。它们存储一个

void*

和与

vtable

等价的内容（或指向方法的直接指针）。或者，可以编写具有自定义存储大小和拒绝堆分配的

std:：function

克隆。要么以灵活性和/或缺乏价值语义为代价，合理地缓解#3

第一个问题最难缓解

如果您知道将使用可调用函数执行哪些操作，那么您可以在上下文中删除到调用，而不是删除到泛型调用

例如，假设您有每像素操作。在图像的每个像素上调用

std:：函数

，会有很多开销

但是，如果我们不删除每像素调用（或者也不删除），而是删除每像素运行调用，我们现在可以一般地存储我们的可调用项，并且开销从每像素到每扫描线或每图像

现在，可调用项在紧循环中可见，因此编译器可以对其进行内联和向量化，并且vtable的后续工作在每个扫描行中只执行一次

你可以变得更花哨，甚至让它用linestride擦除扫描线。或者进行一些擦除，一个用于零额外线间距的扫描线，一个用于倒置扫描线，另一个用于非零线间距，等等，扫描线长度为2的幂次方

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这些都有成本，至少在开发时是如此。只有在您测试并确认

std:：function

确实导致了问题时，才可以使用此方法。

如果所有可调用函数都是普通函数，只需使用普通的旧函数指针。您认为

std:：function

的开销是多少？您能详细说明一下吗？能够存储不同的可调用类型是

std:：function

设计的目的。您希望如何实现内联等功能？如果您想要运行时动态行为（

std:：vector

），您必须为此付费。否则你可以使用一个

元组
/模板…你在寻找奇迹吗？没有。做任何事情的东西都不会比
std:：function
便宜。
 std::vector<T> v{some_lambda, some_fn_ptr, some_pmf, some_functor};