关于std::mem_fn的性能开销及与直接调用成员函数的对比问询

首先直接给结论：在开启优化的主流编译器（GCC、Clang、MSVC的O2/O3级别）下，std::mem_fn几乎没有额外性能开销，和直接调用成员函数的效率完全一致。你的预期其实是对的，但它和std::function的机制有本质区别，这也是它能做到零开销的关键。

为什么std::mem_fn能做到零开销？ #

和std::function的类型擦除多态不同，std::mem_fn是静态类型绑定的模板包装器：

• 它的实例化完全在编译期完成，编译器明确知道它包装的是哪个成员函数（包括成员函数的签名、所属类）。
• 它的内部实现非常轻量，通常就是持有一个成员函数指针，调用operator()时只是做简单的参数转发，这个过程会被编译器完全内联。

举个实际的代码例子：

struct MyClass {
    int add(int a, int b) { return a + b; }
};

// 直接调用成员函数
MyClass obj;
int result1 = obj.add(2, 3);

// 用std::mem_fn包装后调用
auto add_fn = std::mem_fn(&MyClass::add);
int result2 = add_fn(obj, 2, 3);

在O2优化下，编译器会把这两段代码编译成完全相同的机器码——没有额外的函数调用、没有多余的指令，和直接调用毫无区别。

和std::function的性能差异 #

你提到担心它和std::function一样有开销，但其实两者的设计目标完全不同：

• std::function是通用的多态函数包装器，支持类型擦除，可以容纳任何可调用对象（函数指针、lambda、mem_fn实例等），这就导致它必须有运行时的分发逻辑（通常是虚函数调用），即使开启优化也会有少量开销（除非触发小对象优化且编译器能内联，但这不是必然的）。
• std::mem_fn是专门针对成员函数的轻量包装，不支持类型擦除，所有绑定信息都在编译期确定，因此没有运行时额外开销。

特殊情况说明 #

如果包装的是虚成员函数，调用时会有虚函数的开销，但这不是std::mem_fn带来的——直接调用虚成员函数本身就有这个开销，mem_fn只是转发了这个调用，不会增加额外成本。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Danra