C++11系列——函数对象(Function Object)

C++11标准库中的函数对象
本文探讨了C++11标准库中的函数对象,它们如何实现类似高阶函数的功能,允许对象作为参数传递或返回。通过举例说明如map函数和排序函数的使用,阐述了函数对象在拥有状态、类型多样性和性能优化等方面的优势。

之前总结过一篇Boost之高阶函数——函数对象,介绍了几个用于处理函数对象的 Boost C++ 库。而目前C++11的标准库std已经提供了函数对象的一些功能。

根据wiki可以知道Higher order funciton的定义如下:

In mathematics and computer science, a higher-order function (also functional, functional form or functor) is a function that does at least one of the following:

  1. takes one or more functions as arguments (i.e., procedural parameters),
  2. returns a function as its result.[disputed – discuss]

All other functions are first-order functions.

一般的函数行为是:

function(arg1, arg2); // a function call

如果我们希望对象也可以有类似的功能,就必须要让它们也有可能被调用,即,通过小括号的运用和实参的传递,这是可能的。只需要定义operator(),并给予合适的参数类型。


                
### C++ 函数对象概述 函数对象Function Object),也被称为仿函数,在C++中是指定义了`operator()`的对象。这种特性使得这些对象能够像普通函数那样被调用[^1]。 #### 基本结构 一个典型的函数对象可以通过创建一个类并在此类内部重载`operator()`来实现: ```cpp class Add { public: int operator()(int a, int b) const { return a + b; } }; ``` 上述代码展示了如何构建一个简单的加法运算器,它接受两个整数参数,并返回它们相加之和[^4]。 #### 使用场景 ##### 排序算法自定义比较规则 函数对象的一个常见应用场景是在标准模板库(STL)的排序算法中提供定制化的比较逻辑。例如,要按照降序排列一组数值,则可设计如下大于关系判断器: ```cpp #include <vector> #include <algorithm> struct GreaterThan { bool operator()(const int& lhs, const int& rhs) const { return lhs > rhs; } }; // Usage example with sort algorithm. std::vector<int> numbers = {5, 3, 9, 7, 8}; std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), GreaterThan()); ``` 这段程序会将向量`numbers`按从大到小顺序重新安排元素位置。 ##### 结合STL容器与算法 除了作为排序条件外,函数对象还广泛应用于其他STL组件之间协作的任务里,比如过滤特定范围内的数据项或是累积计算一系列值等操作。下面的例子说明了怎样利用`for_each`遍历列表并对每个元素应用某个动作: ```cpp #include <iostream> #include <list> #include <numeric> using namespace std; struct PrintAndSum { private: int sum = 0; public: void operator()(int value) { cout << "Processing item: " << value << endl; sum += value; } int get_sum() const noexcept { return sum; } }; void process_list(const list<int>& lst) { PrintAndSum pas; for_each(lst.cbegin(), lst.cend(), pas); cout << "Total Sum of elements is : " << pas.get_sum() << endl; } ``` 这里定义了一个名为`PrintAndSum`的函数对象实例pas,用来打印当前处理的数据以及累加求总和;随后通过`for_each`迭代整个链表lst里的每一个成员,并最终输出总计结果[^2]。 #### 高级特性支持 随着现代C++的发展,《functional》头文件引入了一系列预定义好的通用型谓词表达式,如`less<T>()`, `greater<T>()`等等,极大地方便开发者快速搭建起所需的功能模块而不必每次都手动编写对应的辅助工具类[^3]。 此外,借助于`std::bind`机制,即使面对复杂的多参情况亦能轻松应对,甚至允许绑定成员函数至独立的工作单元内执行[^5]。
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