Wie erreicht „std::function' eine feste Größe, obwohl Callables unterschiedlicher Größe eingeschlossen werden?

Wie std::function implementiert wird: Typlöschung und Heap-Zuweisung

Ein wichtiges Implementierungsdetail von std::function ist seine Fähigkeit um alle aufrufbaren Elemente zu umschließen, einschließlich Lambda-Ausdrücken. Während Lambdas in der Größe variieren, behält std::function eine feste Größe bei. Dies wird durch eine Technik namens Typlöschung erreicht.

Nehmen Sie ein vereinfachtes Beispiel von std::function:

struct callable_base {
  virtual int operator()(double d) = 0;
  virtual ~callable_base() {}
};

template <typename F>
struct callable : callable_base {
  F functor;
  callable(F functor) : functor(functor) {}
  virtual int operator()(double d) { return functor(d); }
};

Hier gilt std::function ein unique_ptr zu einem Basistyp callable_base. Für jeden verwendeten eindeutigen Funktor wird ein abgeleiteter Typ aufrufbar wird dynamisch auf dem Heap erstellt und instanziiert. Dadurch wird sichergestellt, dass das std::function-Objekt eine konstante Größe behält und gleichzeitig jedes aufrufbare Objekt umschließen kann.

Kopien von std::function lösen Kopien des internen aufrufbaren Objekts aus, anstatt den Status zu teilen. Dies geht aus einem Test hervor, bei dem der Wert einer veränderlichen erfassten Variablen erhöht wird:

int value = 5;
std::function<void()> f1 = [=]() mutable { std::cout << value++ << '\n'; };
std::function<void()> f2 = f1;
// Prints 5
f1();
// Prints 5 (copy of mutable state)
f2();

Daher umhüllt std::function aufrufbare Elemente unterschiedlicher Größe mithilfe von Typlöschung und Heap-Zuweisung effizient. Heap-Zuweisungen werden verwendet, um dynamische Typen basierend auf dem umschlossenen Callable zu instanziieren und so eine feste Größe für std::function selbst sicherzustellen.

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