仿函数（function object,函数对象）

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引子

前一篇文章讲到了C++11的新特性lambda表达式。

lambda表达式的本质是什么呢？为探究这个问题，我们将一段写有lambda表达式的代码反编译，可能会发现一些秘密.

首先写段程序：

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//#include...
auto flambda = [](int x,int y)->int{return x + y;};
int main()
{
    cout<<flambda(3,2)<<endl;
    return 0;
}

在调试该代码时我们打开汇编视图，发现如下代码：

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callq  0x100000d80 <$_0::operator()(int, int) const>
mov    0x2c4(%rip),%rdi        # 0x100001010
mov    %eax,%esi

其中 <$_0::operator()(int, int) const> 即对应原代码中的lambda表达式。这里一串重载了"()"(operator())操作符的代码，即本文将要了解的仿函数。

Note: 此处的 const ，也应证了前文 mutable 可变范围 中提到的，lambda的调用运算符为"const-by-value"的

定义

仿函数(finctor)是一种早期的叫法，在C++11中，标准的叫法为函数对象(function object)。仿函数是一种行为类似函数、具有函数特性的对象。

仿函数是一个对象，而不是函数。仿函数的类通过重载函数操作符"()"(operator())来实现函数调用的特性。

通过下面的例子来简单说明如何使用仿函数

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#include <functional>
//#include...

class myGreater
{
public:
    bool operator()(int x,int y)  //重载调用操作函数
    {return x>y;}
};

int main()
{
   greater<int> gt;  //lineA
   cout<<boolalpha<<gt(4,3)<<endl;  //lineB
   cout<<greater<int>()(3,4)<<endl; //lineC
   cout<<myGreater()(5,3)<<endl;    //lineD
    return 0;
}
//OUTPUT:
//true
//false
//true

这个例子中，lineA声明了一个对象。这是一个函数对象，其类(结构)定义在functional文件中，是STL内置的模板类。该类用于比较两个参数的大小。

lineB则像函数一样直接给该对象传入两个参数。

lineC是另一种写法。greater() 声明了一个临时对象，然后传入参数(3,4)调用该临时对象。这种写法往往比lineB更加简洁。在STL源码里大量使用了这种写法。

lineD则是使用自定义的函数对象。

Note:lineB中使用了boolalpha，是iostream提供的一个操作符，这将使此后的标准输出中，将bool值输出为"true"或"false",而不是1/0。于其相反的操作为noboolalpha.

STL中的仿函数

仿函数是STL六大组件之一。它一般与STL算法配合使用。

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algorithm(first,last,...,functorObj)
{
    ...
    functorObj(...); //STL内建仿函数或用户自定义仿函数
    ...
}

STL内建的仿函数，若以操作数个数据划分，可以分为一元和二元仿函数；若以功能划分，则可分为算术运算(arithmectic)、关系运算(Rational)、逻辑运算(Logical)三大类。

算术类仿函数

  • 加法：plus

  • 减法：minus

  • 乘法：multiplies

  • 除法：divides

  • 模取：modulus

  • 否定：negate

关系运算类仿函数

  • 等于：equal_to

  • 不等于：not_equal_to

  • 大于：greater

  • 大等于：greater_equal

  • 小于：less

  • 小等于：less_equal

逻辑运算类仿函数

  • 逻辑运算And：logical_and

  • 逻辑运算Or：logical_or

  • 逻辑运算Not：logical_not

一般而言，很少有在单纯情况下使用功能极其简单的仿函数的。STL的仿函数主要搭配STL算法。例如对vector元素进行递减排序：

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//vector<int> vc;
//vc.push_back(4)......
sort(vc.begin(),vc.end(),greater<int>());

区别与优势

逻辑和算法分离

这使得仿函数可以用于不同的场合，算法也可以和不同逻辑的仿函数搭配使用。参见STL的for_each;

有状态

仿函数是一个对象。它是可以带有状态的。这是指针函数无法实现的。

高性能

仿函数的实现可以是内联的。使得编译器知道算法调用了哪些代码。而指针函数是在运行时才能确定指针指向的函数。