Why cpp std::function can hold capture-lambda, while function pointer cannot?

Question

I've got this code snippet:

    int x = 3;
    auto fauto = [=](){ cout<<'x'; };
    function<void()> func{fauto};
    func();
    void (*rawPf)() = fauto; // fail to compile
    rawPf();

I knew the syntax that only non-capture lambda can be assigned to function pointer. But:

(1) Why std::function can hold capture-lambda?

(2) as both std::function and function pointers are callable, what's the core difference that makes std::function able to hold capture-lambda, while function pointer cannot?

Any detailed explanation on language design for this?

Answer 1

为什么函数指针不能包含带有捕获的 lambda：因为 Lambda 不是函数，而是对象！

为什么没有捕获的 lambda 可以转换为函数指针？

Lambda 只是编译器生成的类的普通对象（一段数据）（具有只有编译器知道的唯一类名），具有编译器生成的函数运算符成员（即 auto operator() (???)）使用您提供的参数定义（如果有）为您定义。lambda 对象的数据成员由捕获列表和/或其封闭范围的变量的使用来定义。

所有非静态成员函数在对象上调用时都会获得一个名为 this 的隐式隐藏参数。当您“调用” lambda 时也是如此。

现在，当你不捕获某些内容时，lambda 没有数据（空类），编译器不必为调用生成隐式 this 指针，这使得函数运算符就像普通函数一样，编译器可以将其转换为函数指针。所以不是 lambda 被转换为函数指针，而是 lambda 的函数运算符被转换。

为什么 std::function 可以同时容纳两者：因为它是一个模板，并且通过模板和专业化，您几乎可以做任何事情。