大家好，我是小風哥。

C/C++中可以使用指針指向一段代碼，這個指針就叫函數指針，假設有這樣一段代碼：

#include <stdio.h>

int func(int a) {
  return a + 1;
}

void main() {
   int (*f)(int) = func;
   printf("%p\n", f);
}

我們定義了一個函數func，然后使用指針變量f指向該函數，然后打印出變量f指向的地址，代碼很簡單，然后我們編譯一下，看下編譯后生成的指令，我們重點關注func函數：

0000000000400526 <func>:
  400526:       55                      push   %rbp
  400527:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  40052a:       89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)
  40052d:       8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  400530:       83 c0 01                add    $0x1,%eax
  400533:       5d                      pop    %rbp
  400534:       c3                      retq

可以看到，編譯好后的函數func位于地址0x400526這個地址，讓我們記住這個地址。

然后運行一下編譯后生成的程序，想一想這段代碼會輸出什么呢？

顯然應該是func函數的在內存中的地址！

$ ./a.out
0x400526

沒有猜錯吧，實際上函數指針本質也是一個指針，只不過這個指針指向的不是內存中的一段數據而是內存中的一段代碼，就像這樣：

看到了吧，我們常說的指針一般都是指向內存中的一段數據，而函數指針指向了內存中的一段代碼，在這個示例中指向了內存地址0x400526，在這個地址中保存了函數func的機器指令。

現在你應該明白函數指針了，細心的同學可能會有一個疑問，為什么編譯器在生成可執行文件時就知道函數func存放在內存地址0x400526上呢？這不應該是程序被加載到內存后開始運行時才能確定的嗎？

函數指針的作用是可以把一段代碼當做一個變量傳來傳去，主要的用途之一就是回調函數，關于回調函數你可以參考《回調函數的實現原理》這篇文章。

關于回調函數其實是在A模塊定義，在B模塊被調用，就像這樣：

然而有時我們會有這樣的場景，我們依然需要在模塊A定義函數，同時函數A的運行需要依賴B模塊產生的數據，然后將模塊A定義的函數和模塊B產生的數據一并傳遞給C模塊來調用，就像這樣：

此時，單純的函數指針已經不夠用了，因為函數指針只是單純的指向了內存中的一段代碼，我們不但需要將內存中的一段代碼同時也需要將內存中的一塊數據傳遞給模塊C，此時你可以定義一個結構體，將代碼和數據打包起來，就像這樣：

typedef void (*func) (int);

struct closure{
  func f;
  int arg;    
};

我們將這個結構體命名為closure，注意看，這個結構中有兩部分：

• 一個指向代碼的指針變量
• 一個保存數據的變量

這樣，我們在A模塊為指針變量賦值，在B模塊為保存數據的變量賦值，然后將此結構體傳遞給模塊C，模塊C中可以這樣使用：

void run(struct functor func) {
    func->f(func->arg);
}

即，closure既包含了一段代碼也包含了這段代碼使用的數據，這里的數據也被稱為context，即上下文，或者environment，即環境，不管怎么稱呼，其實就是函數運行依賴的數據：

而這也正是C++中std::function的目的所在。

單純的函數指針并沒有捕捉上下文的能力，這里的上下文就是指代碼依賴的數據，你不得不自己動手構造出一個結構體用來存儲代碼依賴的上下文。

在C++中你沒有辦法單純的利用函數指針指向對象的成員函數，就是因為函數指針沒有辦法捕捉this(指向對象的指針)這個上下文。

std::function的作用本質上和我們剛才定義的結構體區別不大。

利用std::function你不但可以保存一段代碼，同時也可以保存必要的上下文，然后在合適的地方基于上下文調用這段代碼。

同時std::function也更加通用，你可以用其存儲任何可以被調用的對象(callable object)，只要有正確的函數簽名即可。