什么是 C++ 中的函数对象?它有什么特点?

在 C++ 中,函数对象(Function Object)是一种可调用对象,它允许像函数一样被调用,但实际上它可能并不是真正的函数。函数对象可以是以下几种类型之一:

  1. 普通函数:
  • 一个普通的、定义在命名空间或类中的函数。
  1. 函数指针:
  • 一个指向函数的指针,可以像函数一样被调用。
  1. 函数对象(也称为仿函数,Functor):
  • 一个重载了 operator() 的类对象或结构体对象。
  1. C++11 引入的 Lambda 表达式:
  • 一个匿名的函数对象,通过 [capture](parameters) mutable -> return_type { body } 语法定义。
  1. 标准库中的函数对象(也称为函数适配器):
  • 如 std::ptr_fun、std::mem_fun、std::negate、std::plus 等,这些通常是模板类或函数模板,用于适配或生成函数对象。

特点

  1. 重载

operator():

  • 对于自定义的函数对象,必须重载 operator() 以使对象具备可调用性。
cpp 复制代码
struct MyFunctor {
    void operator()(int x) const {
        std::cout << "Called with " << x << std::endl;
    }
};

int main() {
    MyFunctor f;
    f(10);  // 输出: Called with 10
    return 0;
}

2.灵活性

  • 函数对象可以携带状态,因为它们是对象。这意味着它们的行为可以依赖于对象的状态。
cpp 复制代码
struct Counter {
    int count = 0;
    void operator()() {
        ++count;
        std::cout << "Count: " << count << std::endl;
    }
};

int main() {
    Counter counter;
    counter();  // 输出: Count: 1
    counter();  // 输出: Count: 2
    return 0;
}

3.类型安全:

  • 函数对象可以像类一样进行类型检查,提供更强的类型安全性。

4.可重用性

  • 通过传递函数对象作为参数,可以提高代码的重用性和模块化。

5.与标准库结合良好

  • C++ 标准库中的很多算法(如 std::sort、std::for_each 等)都接受函数对象作为参数,使得它们更加灵活和强大。

示例:使用函数对象与标准库算法

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

struct Print {
    void operator()(int x) const {
        std::cout << x << " ";
    }
};

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用函数对象 Print 作为 std::for_each 的参数
    std::for_each(vec.begin(), vec.end(), Print());
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

输出:

cpp 复制代码
输出:1 2 3 4 5

在这个例子中,Print 是一个函数对象,通过重载 operator(),它能够在 std::for_each 中被调用,从而遍历并打印 std::vector 中的每个元素。

函数对象是 C++ 中一个强大的特性,它提供了灵活且类型安全的方式来封装和传递可调用行为。

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