函數對象

函數對象（function object）是一個程式設計的對象允許被當作普通函數來呼叫。

函數對象與函數指標相比，有兩個優點：第一是編譯器可以行內執行函數對象的呼叫；第二是函數對象內部可以保持狀態。

函數式程式語言還支援閉包，例如，first-class函數支援在其建立時用到的函數外定義的變數的值保持下來，成為一個函數閉包。

C++函數對象的實例

傳統的C/C++函數指標：

#include <stdlib.h>

/* Callback function, returns < 0 if a < b, > 0 if a > b, 0 if a == b */
int compareInts(const void* a, const void* b)
{
  return *(const int *)a - *(const int *)b;
}
...
// prototype of qsort is
// void qsort(void *base, size_t nel, size_t width, int (*compar)(const void *, const void *));
...
int main(void)
{
    int items[] = { 4, 3, 1, 2 };
    qsort(items, sizeof(items) / sizeof(items[0]), sizeof(items[0]), compareInts);
    return 0;
}

C++中，函數對象是定義了函數呼叫運算子的類對象，稱作class type functor。

// comparator predicate: returns true if a < b, false otherwise
struct IntComparator
{
  bool operator()(const int &a, const int &b) const
  {
    return a < b;
  }
};
...
// An overload of std::sort is:
template <class RandomIt, class Compare>
void sort(RandomIt first, RandomIt last, Compare comp);
...
int main()
{
    std::vector<int> items { 4, 3, 1, 2 };
    std::sort(items.begin(), items.end(), IntComparator());
    return 0;
}

除了類類型函數對象，還有其他類型的函數對象，如使用成員函數指標或模板。C++11允許使用具有閉包功能的匿名函數。

C++ STL中的函數對象

C++的STL中的眾多algorithm，非常依賴於函數對象處理容器的元素。因此，STL預定義了許多函數對象、謂詞（predicate）、以及用於複合（composite）函數對象的binder、member function adapter、 pointer to function adapters、 negaters、 function objects base structure。由於STL中的algorithm使用函數對象作為參數時，一般都是傳值呼叫，所以函數對象應該仔細設計其複製建構函式。

預定義的函數對象

C++98在標頭檔functional中定義了下述函數對象: plus<type>() 結果為(param1 + param2) minus<type>() 結果為(param1 - param2) multiplies<type>() 結果為(param1 * param2) divides<type>() 結果為(param1 / param2) modulus<type>() 結果為(param1 % param2)

謂詞（predicate）

返回布林值（或者可以隱式轉換為布林值）的函數對象。用於STL中的algorithm時，謂詞應該是無狀態的（ stateless）函數對象，即謂詞的結果不依賴於內部的數據成員。這是因為STL中的algorithm不保證內部實現時對傳入的謂詞要複製多少次。 C++98在標頭檔functional中定義了下述謂詞:

• equal_to<type>() 結果為(param1 == param2)
• not_equal_to<type>() 結果為(param1 != param2)
• less<type>() 結果為 (param1 < param2)
• greater<type>() 結果為(param1 > param2)
• less_equal<type>() 結果為 (param1 <= param2)
• greater_equal<type>() 結果為 (param1 >= param2)
• logical_not<type>() 結果為 (!param1)
• logical_and<type>() 結果為 (param1 && param2)
• logical_or<type>() 結果為 (param1 || param2)

Function Adapter

用於組合（combine）、變換（transform）、操作（manipulate）函數對象、特定參數值、或者特定函數。進一步細分為：

Binder

C++98在標頭檔functional中定義了兩個函數bind1st與bind2nd，返回值為binder1st、binder2nd類型。用於把二元函數對象分別繫結第一個、第二個參數後成為單元函數對象。

Negater

negate把一個作為謂詞的函數對象取反。C++98在標頭檔functional中定義了兩個函數not1與not2，返回值為unary_negate、binary_negate類型。

Member function adapter

Member function adapter用於把類的成員函數用作STL中的algorithm的參數。C++98在標頭檔functional中定義了:

• 函數mem_fun，返回值為mem_fun_t類型，用於通過一個類對象指標來呼叫成員函數指標。
• 函數mem_fun_ref，返回值為mem_fun_ref_t類型，用於通過一個類對象參照來呼叫成員函數指標。

Pointer to function adapter

函數指標配接器（Pointer to function adapter）是把函數指標包裝為一個函數對象，以便STL中的algorithm用函數對象作為統一的參數類型，不用再考慮以函數指標作為傳入參數的情形。C++98在標頭檔functional中定義了:

• 函數ptr_fun，返回值為pointer_to_unary_function類型，包裝了一個單參數的函數指標。
• 多載函數ptr_fun，返回值為pointer_to_binary_function類型，包裝了一個雙參數的函數指標。

Function Object Base

函數對象基礎類別（Function Object Base）定義在標頭檔functional中，用作STL的預定義的與函數對象有關的各個類的基礎類別，其中定義了幾個類型，分別表示函數呼叫的各個參數類型、結果類型。

• unary_function類，定義了2個類型：argument_type、result_type；
• binary_function類，定義了3個類型：first_argument_type、second_argument_type、result_type；

Python

Python程式設計中，函數是作為頭等對象（first-class object），可以如同普通的字串、數值、list等對象那樣操作。這使得大部分編寫函數對象都是不必須的。

任何對象定義了__call__()方法，就具有了可以當作函數呼叫的語法。例如下面的做累加的類

class Accumulator(object):
    def __init__(self, n):
        self.n = n
    def __call__(self, x):
        self.n += x
        return self.n

一個使用例子：

 >>> a = Accumulator(4)
 >>> a(5)
 9
 >>> a(2)
 11
 >>> b = Accumulator(42)
 >>> b(7)
 49

因為函數就是對象，可當作局部變數定義、確定其屬性（內部狀態）、作為別的函數的返回值。例如:

def Accumulator(n):
    def inc(x):
        inc.n += x
        return inc.n
    inc.n = n
    return inc

Python 3中，可以用函數閉包來建立函數對象：

def Accumulator(n):
    def inc(x):
        nonlocal n
        n += x
        return n
    return inc

進一步閱讀

• David Vandevoorde & Nicolai M Josuttis (2006). C++ Templates: The Complete Guide, ISBN 0-201-73484-2: Specifically, chapter 22 is devoted to function objects.

外部連結

• Function Objects (STL) by Gabriel&Andreas Fleseriu&Masur on February 22nd, 2006 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Description from the Portland Pattern Repository（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• C++ Advanced Design Issues - Asynchronous C++ （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） by Kevlin Henney
• The Function Pointer Tutorials （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） by Lars Haendel (2000/2001)
• Article "Generalized Function Pointers" by Herb Sutter
• Generic Algorithms for Java （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• PHP Functors - Function Objects in PHP
• What the heck is a functionoid, and why would I use one? (C++ FAQ)