从外部函数构造std::function触发std::bad_function_call问题排查

你的问题核心是不同编译单元全局变量的初始化顺序未定义，和std::function本身的限制无关，具体分析如下：

问题触发流程 #

1. 你在main.cpp中定义了全局变量putGet，它的初始化依赖extern声明的getLine（定义在externs.cpp）和putLine函数。
2. C++标准规定：不同编译单元（.cpp文件）中的全局变量初始化顺序是未指定的。也就是说，main.cpp里的putGet可能在externs.cpp里的getLine完成初始化之前就被创建了。
3. 当bind被调用初始化putGet时，getLine这个std::function还处于空状态（没有绑定任何可调用对象），而bind的lambda捕获了这个空的std::function。
4. 后续在main中调用putGet(State())时，lambda内部执行ma(state)，也就是调用空的std::function，这会直接触发标准规定的std::bad_function_call异常。

为什么之前的写法能正常工作 #

• 把externs内容放到main.cpp中：此时getLine和putGet属于同一个编译单元，全局变量初始化顺序是从上到下，getLine先完成初始化，putGet捕获的是有效的std::function。
• putGet改为main局部变量：局部变量的初始化发生在main函数执行时，此时所有全局变量（包括getLine）都已经完成初始化，getLine是有效的。
• 直接展开bind定义：相当于延迟了对getLine的实际调用到main执行阶段，此时getLine已经完成初始化。

解决方法 #

方法1：避免全局变量依赖（最简单） #

把putGet改为main函数的局部变量，就像你已经验证过的那样：

int main() {
  const auto putGet = bind<std::string, Empty>(getLine, putLine);
  (void)putGet(State());
  return 0;
}

方法2：用函数内静态变量保证初始化顺序 #

把全局的getLine包装成函数，利用函数内静态变量的首次调用初始化特性，确保在需要时才完成初始化：

// common.h
// 替换原来的extern声明
IOMonad<std::string>::T getLine() {
    static const auto impl = [] (State s) {
        (void)s;
        std::string str;
        std::cin >> str;
        return std::make_pair(str, State());
    };
    return impl;
}

// main.cpp
const auto putGet = bind<std::string, Empty>(getLine(), putLine);

或者直接把putGet也包装成函数：

// main.cpp
const auto& putGet() {
    static const auto val = bind<std::string, Empty>(getLine, putLine);
    return val;
}

int main() {
  (void)putGet()(State());
  return 0;
}

方法3：使用Nifty Counter Idiom #

如果必须保留全局变量形式，可以用这个惯用法保证跨编译单元的全局变量初始化顺序，但实现相对复杂，一般推荐前两种方法。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Benji Dial