先来一个简单的测试程序:
#include
#include
int gAdd(int i1, int i2){
return i1+i2;
}
int main() {
int value1 = 5;
int value2 = 6;
typedef std::function<void()> Fun1;
Fun1 f1 = [value1, value2]() { std::cout << value1<< value2 << std::endl;};
f1();
}
编译:
g++ function.cpp -std=c++11 -g
断点打到调用f1()行,并print f1
(gdb) set print pretty on
(gdb) p f1
$1 = {
<std::_Maybe_unary_or_binary_function<void>> = {<No data fields>},
<std::_Function_base> = {
static _M_max_size = 16,
static _M_max_align = 8,
_M_functor = {
_M_unused = {
_M_object = 0x603010,
_M_const_object = 0x603010,
_M_function_pointer = 0x603010,
_M_member_pointer = (void (std::_Undefined_class::*)(std::_Undefined_class * const)) 0x603010, this adjustment 4295032831
},
_M_pod_data = "\020\060`\000\000\000\000\000\377\377\000\000\001\000\000"
},
_M_manager = 0x400cea <std::_Function_base::_Base_manager<main()::__lambda0>::_M_manager(std::_Any_data &, const std::_Any_data &, std::_Manager_operation)>
},
members of std::function<void()>:
_M_invoker = 0x400cc8 <std::_Function_handler<void(), main()::__lambda0>::_M_invoke(const std::_Any_data &)>
}
(gdb) ptype f1._M_functor
type = union std::_Any_data {
std::_Nocopy_types _M_unused;
char _M_pod_data[16];
public:
void * _M_access(void);
const void * _M_access(void) const;
const std::type_info *& _M_access<std::type_info const*>(void);
__lambda0 *& _M_access<main()::__lambda0*>(void);
__lambda0 * const& _M_access<main()::__lambda0*>(void) const;
int (**&)(int, int) _M_access<int (**)(int, int)>(void);
int (* const&)(int, int) _M_access<int (*)(int, int)>(void) const;
int (*&)(int, int) _M_access<int (*)(int, int)>(void);
}
(gdb) ptype f1._M_manager
type = bool (*)(std::_Any_data &, const std::_Any_data &, std::_Manager_operation)
(gdb) ptype f1._M_invoker
type = void (*)(const std::_Any_data &)
(gdb) ptype f1
type = class std::function<void()> [with _Signature = void (void)] : public std::_Maybe_unary_or_binary_function<void>, private std::_Function_base {
private:
_Invoker_type _M_invoker;
public:
function(void);
function(std::nullptr_t);
function(const std::function<void()> &);
function(<unknown type in /home/mzhai/a.out, CU 0x0, DIE 0x1249>);
std::function<void()> & operator=(const std::function<void()> &);
std::function<void()> & operator=(<unknown type in /home/mzhai/a.out, CU 0x0, DIE 0x1291>);
std::function<void()> & operator=(std::nullptr_t);
void swap(std::function<void()> &);
operator bool(void) const;
void operator()(void) const;
const std::type_info & target_type(void) const;
void function<main()::__lambda0, void>(__lambda0);
typedef void (*_Invoker_type)(const std::_Any_data &);
}
我们曾经在《知其所以然,C++系列3 - C++11中主要类的大小》中度量过std::function的大小为32,与这里对上了:_Any_data大小为16(下面会解释),外加2个函数指针。
⚠️WARNING⚠️
注意:不同的平台,实现不一样。本文所用平台是CentOS7.
让我们先在GDB中按s进入f1()的细节
原来对std::function的调用转给了_M_invoker, 参数除了你传给f1()的参数,还多了一个_M_functor, 还记得它吗?最开始的UML图里有它,它是std::function基类std::_Function_base的一个数据成员, 类型为std::_Any_data, 在上面的图中我已经打印了它的值,0x603010反复出现,很好奇吧,查查看它指向的内存的内容:
明显它指向了int 5和6,value1和value2恰巧分别是5和6,但又不是value1和value2,因为地址对不上。
我们的程序用的是lambda表达式, 如果你知道lambda会被编译器编成一个类,你可能想到0x603010可能指向的正是那个类的一个对象。如果不知道lambda的原理,请看下图:
我们再回到_M_invoke
_M_get_pointer看字面意思是要获得一个指针,从__functor中,也就是从_M_invoker(_Any_data类型)中,是不是0x603010(lambda对象的地址)哪?让我们继续调试以验证:
果然没错,正是0x603010,也就是lambda匿名类对象的地址,f1()最终调用到了lambda匿名类对象的operator()函数。
看过std::function对象的调用后,我们再回过头来看看它是怎么初始化的。
重新调试,到
Fun1 f1 = [value1, value2]() { std::cout << value1<< value2 << std::endl;};
这一行按s进入.
这是std::function的其中一个构造函数,形参_Functor __f是模板参数,在我们的例子中对应的__lambda0类型(编译器把我们的lambda表达式转成的)。显然我们的__f非空,来到了
_M_init_functor(_M_functor, std::move(__f))
看名字大概可以感觉到它的目的是:用__lambda0类型的__f初始化std::_Any_data类型的_M_functor(std::function的成员)。
可以看到这里new了一个新_lambda0对象,把旧的Move到了新的里面。新_lambda0对象保存到了__functor(即std::function对象的_M_functor)的_M_pod_data数组中,细节请参考下面_Any_data的具体实现(其size为16,最大的成员是_M_member_pointer, 类函数指针,大小为16):
看一下_Any_data类型的_M_functor赋值前后的对比:
VS
最后给_M_invoker、_M_manager赋值,std::function构造完成。
除了lambda表达式可以赋给std::function,纯函数指针也可以。我们把代码简单改改,试验一下。
#include
#include
int gAdd(int i1, int i2){
return i1+i2;
}
int main() {
/*class _Undefined_class_mzhai;
void (_Undefined_class_mzhai::*_M_member_pointer)();
std::cout<
int value1 = 5;
int value2 = 6;
typedef std::function<void()> Fun1;
Fun1 f1 = [value1, value2]() { std::cout << value1<< value2 << std::endl;};
f1();
typedef std::function<int(int,int)> Fun2;
Fun2 f2 = gAdd;
f2(11,12);
}
还是来到了和上面一样的构造函数
不同的是__f不再是__lambda0, 而是函数指针类型。不再赘述。看一下此std::function对象的面貌:
不知读者注意到没?
这里一个placement new,一个堆上new,解释请移步链接。
函数赋值是用placement new,而lambda表达式赋值用的堆上new。