0

0

C++中的类型擦除(Type Erasure)是什么?(std::function的核心实现原理)

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-01-14 21:46:03

|

821人浏览过

|

来源于php中文网

原创

类型擦除是通过多态与模板组合实现的隐藏类型惯用法,典型代表是std::function;它用非模板基类声明虚函数,为每种可调用类型F模板实例化派生类callable_impl,内部持有F并实现虚函数,std::function仅保存基类指针或SOO缓冲区,从而抹去具体类型信息。

c++中的类型擦除(type erasure)是什么?(std::function的核心实现原理)

类型擦除不是语法特性,而是用多态+模板组合出来的“隐藏类型”的惯用法;std::function 就是它最典型的落地——你传进去一个 lambda、一个成员函数指针、甚至一个捕获了 std::unique_ptr 的 functor,对外调用接口始终是 f(1, "hello"),完全不暴露内部类型。

为什么不用继承或 void*?——类型擦除要解决的根本矛盾

直接用基类指针要求所有可调用对象都继承同一接口,不现实;用 void* 又彻底丢失类型安全和析构逻辑。类型擦除走的是中间路线:

  • 定义一个**非模板抽象基类**(比如叫 callable_base),只声明 invoke()clone()~dtor() 这几个虚函数,不涉及任何具体类型
  • 对每个传入的可调用类型 F,**模板实例化一个派生类** callable_impl,它内部持有 F f_,并实现那几个虚函数
  • std::function 对象本身只存一个指向 callable_base 的指针(或 SOO 缓冲区),从此“忘记”F 是什么

std::function 构造时发生了什么?——类型擦除的入口点

关键在构造函数是模板的:template std::function(R(Args...))::function(F&& f)。这一行就完成了擦除的“第一跳”:

  • 编译器为每个 F(比如 auto l = [&]{...};)生成专属的 callable_impl
  • 该派生类在堆上(或 SOO 区)构造,并把地址赋给基类指针成员
  • 后续所有调用(operator())、拷贝(复制构造)、移动(move 赋值)都通过虚函数分发,不再依赖 F

错误写法示例(常见坑):

struct BadFunctor {
    std::unique_ptr p;
    void operator()() { /* ... */ }
};
std::function f = BadFunctor{}; // OK,因为 std::function 支持 move-only 类型
// 但如果自己手写没处理右值引用,这里就会试图拷贝 unique_ptr → 编译失败

小对象优化(SOO)为什么必须手动管理?——性能敏感点

sizeof(std::function) 通常是 32 字节,不是巧合。它内部有个 union:

union {
    char small_buffer[32];
    void* heap_ptr;
};
bool is_small_;
当存储的可调用对象(如无捕获 lambda、普通函数指针)满足 sizeof(F) 且 std::is_trivially_copyable_v 时,就直接 placement-new 到 small_buffer 中。

  • 没手动调 ~F() → 析构不执行,资源泄漏(尤其含 RAII 成员时)
  • 没按对齐要求分配 small_buffer → 访问违规(alignas 必须显式加)
  • 拷贝 small_buffer 时用了 memcpy 却忽略非 trivial 类型 → 未定义行为

真正难的从来不是“怎么让代码跑起来”,而是“怎么让不同类型在统一接口下各自正确地构造、调用、拷贝、析构、销毁”。std::function 把这套机制封装得足够健壮,但一旦你要自己实现类似功能(比如自定义回调容器),这些细节一个都不能绕开。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

相关专题

更多
java多态详细介绍
java多态详细介绍

本专题整合了java多态相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

15

2025.11.27

c语言union的用法
c语言union的用法

c语言union的用法是一种特殊的数据类型,它允许在相同的内存位置存储不同的数据类型,union的使用可以帮助我们节省内存空间,并且可以方便地在不同的数据类型之间进行转换。使用union时需要注意对应的成员是有效的,并且只能同时访问一个成员。本专题为大家提供union相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

122

2023.09.27

javascriptvoid(o)怎么解决
javascriptvoid(o)怎么解决

javascriptvoid(o)的解决办法:1、检查语法错误;2、确保正确的执行环境;3、检查其他代码的冲突;4、使用事件委托;5、使用其他绑定方式;6、检查外部资源等等。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

175

2023.11.23

java中void的含义
java中void的含义

本专题整合了Java中void的相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

97

2025.11.27

lambda表达式
lambda表达式

Lambda表达式是一种匿名函数的简洁表示方式,它可以在需要函数作为参数的地方使用,并提供了一种更简洁、更灵活的编码方式,其语法为“lambda 参数列表: 表达式”,参数列表是函数的参数,可以包含一个或多个参数,用逗号分隔,表达式是函数的执行体,用于定义函数的具体操作。本专题为大家提供lambda表达式相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

204

2023.09.15

python lambda函数
python lambda函数

本专题整合了python lambda函数用法详解,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

190

2025.11.08

Python lambda详解
Python lambda详解

本专题整合了Python lambda函数相关教程,阅读下面的文章了解更多详细内容。

45

2026.01.05

硬盘接口类型介绍
硬盘接口类型介绍

硬盘接口类型有IDE、SATA、SCSI、Fibre Channel、USB、eSATA、mSATA、PCIe等等。详细介绍:1、IDE接口是一种并行接口,主要用于连接硬盘和光驱等设备,它主要有两种类型:ATA和ATAPI,IDE接口已经逐渐被SATA接口;2、SATA接口是一种串行接口,相较于IDE接口,它具有更高的传输速度、更低的功耗和更小的体积;3、SCSI接口等等。

1017

2023.10.19

Java 桌面应用开发(JavaFX 实战)
Java 桌面应用开发(JavaFX 实战)

本专题系统讲解 Java 在桌面应用开发领域的实战应用,重点围绕 JavaFX 框架,涵盖界面布局、控件使用、事件处理、FXML、样式美化(CSS)、多线程与UI响应优化,以及桌面应用的打包与发布。通过完整示例项目,帮助学习者掌握 使用 Java 构建现代化、跨平台桌面应用程序的核心能力。

36

2026.01.14

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
CSS3 教程
CSS3 教程

共18课时 | 4.5万人学习

Sass 教程
Sass 教程

共14课时 | 0.8万人学习

Pandas 教程
Pandas 教程

共15课时 | 0.9万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号