std::function 的开销

Question

我看到很多人建议不要使用std::function<>，因为它是一种重量级的机制。有人可以解释一下为什么会这样吗？

Answer 1

std::function 是一个类型擦除类。

它获取任何构造它的内容，并删除所有内容，除了：

• 使用有问题的签名调用（可能有隐式转换）
• 销毁
• 复制
• 还原为准确的原始类型

可能

• 移动

这涉及一些开销。典型的质量不错的std::function 将进行小对象优化（如小字符串优化），避免在使用的内存量较小时进行堆分配。

一个函数指针将适合那里。

但是，仍然存在开销。如果您使用兼容的函数指针初始化std::function，而不是直接调用有问题的函数指针，您执行虚函数表查找，或调用其他函数，然后调用函数指针。

对于 vtable 实现，可能是缓存未命中，指令缓存未命中，然后是指令缓存未命中。使用函数指针，指针可能存储在本地，直接调用，可能导致指令缓存未命中。

除此之外，实际上编译器比std::functions 更好地理解函数指针：许多编译器可以在内联或整个程序优化期间确定指针是常量值。我从来没有见过用std::function 实现这一目标的人。

对于较大的对象（比如在一个实现中大于sizeof(std::string)），堆分配也由std::function 完成。这是另一个成本。对于函数指针和引用封装，标准保证SOO。

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直接存储 lambda 而不将其存储在 std::function 中甚至比函数指针更好：在这种情况下，正在运行的代码隐含在 lambda 的类型中。这使得代码在调用它时计算出将发生的事情变得微不足道，并且对编译器来说内联变得容易。

仅在需要时进行类型擦除。

Answer 2

在底层，std::function 通常使用类型擦除（here 是对如何实现它的一种简化解释）。将函数对象存储在 std::function 对象内的成本可能涉及堆分配。调用函数对象的成本通常是通过指针加上虚函数调用的间接方式。此外，虽然编译器在这方面做得越来越好，但虚函数调用通常会抑制函数的内联。

话虽如此，我建议使用std::function，除非您通过测量知道成本太高（通常当您负担不起堆分配时，您的函数将在需要非常低延迟的地方多次调用，等等.)，因为编写简单的代码比过早地优化要好。

Answer 3

根据实现的不同，std::function 会由于使用类型 easure 而增加一些开销。它们是其他一些实现，例如 Don Clugston 的快速委托，具有 C++11 实现 here。请注意，它使用 UB 来生成尽可能快的委托，但仍然非常便携。

Answer 4

如果您想要类型擦除，它是适合这项工作的工具，几乎可以肯定不是您的瓶颈，也不是您可以更快编写的东西。

但是，有时在确实不需要时使用类型擦除可能很诱人。这就是画线的地方。例如，如果您只想在本地保留一个 lambda，那么它可能不是正确的工具，您应该使用：

auto l = [](){};

同样，对于您不打算键入擦除的函数指针 - 只需使用函数指针类型。

您也不需要对来自<algorithm> 或您自己的等价物的模板进行类型擦除，因为根本不需要异构函子类型共存。

Answer 5

不是这样的。

简而言之，除非您对程序进行概要分析并表明它过于重量级，否则它不会太重量级。因为显然你没有（否则你会知道这个问题的答案），我们可以有把握地得出结论，它实际上一点也不重量级。

在断定它太慢之前，您应该始终配置文件。