std::function<void(int&)> 类型的大小答案

【问题标题】：Sizeof of std::function<void(int&)> typestd::function<void(int&)> 类型的大小
【发布时间】：2012-11-10 07:25:14
【问题描述】：

来自 C++11 的 std::function<void(int&)> 和它的 sizeof = 32 有什么魔力？如果我将函数引用存储为指针，则只需 8 bytes（在 64 位机器上）。

【问题讨论】：

可能是小函子优化。
首先考虑成员函数指针的大小。
@GManNickG 是的，这就是我所要求的，即内部结构。这些 STL 文件非常不可读，所以我想知道是否有人确切地知道它。
我认为不能合理地声称 std::function 是或曾经是 STL 的一部分。
@LightnessRacesinOrbit 哇。这些天你变得温和了:)

标签： c++ gcc stl c++11

【解决方案1】：

对于std::function<Signature>，这是一个有趣的对象大小和分配之间的权衡：对于小型函数对象，最好避免分配。另一方面，这样做会增加对象的大小。为了使小函数优化有用并且在实际调用对象时不引入开销，对象大小需要至少是两个指针加上一些内存来存储简单的函数对象。似乎 32 字节的大小正是这个（在sizeof(T*) 为 8 的系统上）。

也就是说，std::function<Signature> 对象内部存储了继承层次结构：基类提供要调用的接口，委托给实现调用接口的模板化派生（可能还有一些 clone() 功能）。在针对大小优化的实现中，函数对象只会保留一个指向基址的指针，但为了避免分配，它会留出一些内部存储空间来分配整个对象并指向该对象（内部指针在实际调用时避免了一个条件函数对象）。该对象所需的内存是一个虚函数指针加上用于初始化std::function<Signature> 对象的实际函数对象的任何数据。为了让成员函数与它们的对象相适应，似乎再多两个词就相当小了。

【讨论】：

@LightnessRacesinOrbit：一个指向基址的指针和一个虚函数指针。另外，实际函数对象的数据。
我不明白虚函数指针是从哪里来的，但我先不说。
在内部，std::function<R(A...)> 使用带有虚函数的基类，例如 struct FB { virtual R call(A...) = 0; virtual ~FB() {} };，并且在将函数对象分配给对象时，它会创建相应的派生类。
查看实际实现，似乎 libstdc++ 使用运行时调度来存储指针，以防对象嵌入到实际函数中。 libcxx 使用上述更普通的实现。

【解决方案2】：

std::function 确实很神奇，因为它可以从 any 可调用对象构造！它会很乐意为你存储任何数量的状态，即使在表面上你只保留了一个微不足道的 void(int&) 签名。

这种魔法肯定是有代价的，它通常在内部使用某种类型的擦除（即动态分配和虚拟调度）。细节各不相同，但生成的对象肯定是“沉重的”——这就是为什么应该避免使用 auto 和模板，只要可行！

【讨论】：

如何在std::function 对象中存储状态？我以为这个std::function只是一种“安全的C++函数指针”，其实更多吧？
@Martin：还有很多——对于初学者来说，std::function 是一个模板，而不是一个类。而且确实充满了魔力。大量模板化构造函数和 SFINAE 等。如果你想了解的话，请查看源代码。
@Martin 如果我有struct big { void operator()() {}; char dummy[N]; };，那么我可以在std::function<void()> f = big {}; 中存储任意数量的字节。
@LucDanton 哦，我明白了。就是这么灵活。谢谢。