C++26：更多函数包装器

# C++26：更多函数包装器 来源：https://www.sandordargo.com/blog/2026/05/20/cpp26-copyable-function C++26 继续填补我们在类型擦除的可调用包装器故事中的空白。自 C++11 以来我们已有 `std::function`，自 C++23 以来有 `std::move_only_function`，但仍有一些缺失的部分。现在我们迎来了两个新成员：`std::copyable_function` 和 `std::function_ref`。 ## `std::function` 有什么问题？ `std::function` 一直为我们服务得很好，但它有两个众所周知的问题。首先，它会显著增加二进制大小 (https://www.sandordargo.com/blog/2023/04/05/binary-size-and-templates)。其次，也是更根本的问题，它存在一个**常量正确性缺陷**。它的 `operator()` 被声明为 `const`，但它可以调用存储的可调用对象的非 `const` `operator()`： ``` 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 // https://godbolt.org/z/9YxcW5eqK #include <iostream> #include <functional> struct Counter { int counter = 0; void operator()() { ++counter; std::cout << "modifying state: " << counter << '\n'; } }; int main() { const std::function<void()> f = Counter{}; f(); // OK (!) } ``` 这个缺陷根植于原始设计，无法在不破坏 ABI 的情况下修复。C++23 引入了 `std::move_only_function` (https://www.sandordargo.com/blog/2024/01/31/cpp23-likes-to-move-it) (P0288R9 (https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2021/p0288r9.html))，它修复了常量正确性问题，并增加了对 cv/ref/noexcept 限定符的支持。但正如其名，它不可复制。我们仍需一个既可复制又**常量正确**的包装器。 ## `std::copyable_function` P2548R6 (https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2023/p2548r6.pdf) 恰恰填补了这一空白。其设计紧跟 `std::move_only_function`，增加了拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，并要求存储的可调用对象是可拷贝构造的。与 `std::function` 的关键区别在于：签名中的限定符直接控制 `operator()` 如何声明： ``` 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 // https://godbolt.org/z/orxPK9Gn9 #include <iostream> #include <functional> struct Counter { int count = 0; int operator()() { return ++count; } // non-const }; int main() { // copyable_function 意味着 operator() 是非 const 的 std::copyable_function<int()> f = Counter{}; f(); // OK，非 const 调用 // 如果你想要 const，需要显式声明： // std::copyable_function<int() const> g = Counter{}; // 错误！ // Counter::operator() 没有 const 限定 std::copyable_function<int() const> h = []{ return 42; }; // OK } ``` 和 `move_only_function` 一样，它支持完整的限定符组合——`const`、`noexcept`、左值/右值引用限定符，以及它们的任意组合。这比 `std::function` 有了显著改进，后者不支持这些限定符。 `copyable_function` 可以隐式转换为 `move_only_function`，反之则不行。和 `move_only_function` 一样，它省略了很少使用的 `target()` 和 `target_type()` 成员函数。 ## `std::function_ref` P0792R14 (https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2023/p0792r14.html) 添加了一种不同类型的包装器：一个**非拥有的、类型擦除的可调用引用**。可以把它理解为可调用对象的 `std::string_view`。 ``` 1 2 3 4 5 6 7 8 9 // 使用函数指针——限制太大，不支持带捕获的 lambda： payload retry(size_t times, payload(*action)()); // 使用模板——可行但膨胀二进制，必须在头文件中： template<typename F> payload retry(size_t times, F&& action); // 使用 function_ref——轻量级，非拥有，无分配： payload retry(size_t times, std::function_ref<payload()> action); ``` 它具有**引用语义**：没有默认构造函数，没有 `operator bool`，也没有 `nullptr` 比较。`function_ref` 始终指向一个有效的可调用对象。每个特化都是可平凡复制的，意味着它可以按寄存器传递。禁止从非函数类型赋值，以防止悬挂引用——因为 `function_ref` 不拥有可调用对象，赋值一个临时对象将是 bug。 它支持 `const` 和 `noexcept` 限定符，但不支持引用限定符，因为引用类型上的引用限定符没有意义。后续论文 P3961R1 (https://isocpp.org/files/papers/P3961R1.html) 修复了从另一个 `function_ref` 构造时的双重间接问题，并允许将 `noexcept` 限定的 `function_ref` 赋值给非 `noexcept` 的 `function_ref`——正如你对普通函数指针的预期。 ## 选择正确的包装器 现在有四种可调用包装器可供选择，以下是一个快速指南： - **`function_ref`**：用于回调参数。非拥有，零开销。 - **`move_only_function`**：用于存储不需要复制的可调用对象。任务队列，延迟执行。 - **`copyable_function`**：用于存储需要副本的可调用对象。现代 `std::function` 替代品。 - **`std::function`**：遗留。新代码中避免使用。 ## 结论 C++26 完成了类型擦除的可调用包装器的图景。`std::copyable_function` 提供了 `std::function` 从一开始就应该有的样子：一个常量语义正确的可复制包装器。`std::function_ref` 填补了非拥有场景的空白，为回调参数提供了一种轻量级、零分配的替代方案。与 `std::move_only_function` 一起，新代码中再也没有理由使用 `std::function` 了。 ## 更深入的联系 如果你喜欢这篇文章，请： - 点赞， - 订阅我的通讯 (https://sandor-dargo.kit.com/e19f29b0a1) - 并在 Twitter 上与我联系 (https://twitter.com/SandorDargo)！