函数对象
函数对象（function object）[note 1]是一个程序设计的对象允许被当作普通函数来调用。
函数对象与函数指针相比，有两个优点：第一是编译器可以内联执行函数对象的调用；第二是函数对象内部可以保持状态。
函数式程序设计语言还支持闭包，例如，first-class函数支持在其创建时用到的函数外定义的变量的值保持下来，成为一个函数闭包。
目录
1 C++函数对象的实例
2 C++ STL中的函数对象
2.1 预定义的函数对象
2.2 谓词（predicate）
2.3 Function Adapter
2.3.1 Binder
2.3.2 Negater
2.3.3 Member function adapter
2.3.4 Pointer to function adapter
2.4 Function Object Base
3 Python
4 注释
5 参考文献
6 进一步阅读
7 外部链接
C++函数对象的实例
传统的C/C++函数指针：
#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，函数对象是定义了函数调用运算符的类对象，称作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;
}
除了类类型函数对象，还有其他类型的函数对象，如使用成员函数指针或模板。C++11允许使用具有闭包功能的匿名函数。
C++ STL中的函数对象
C++的STL中的众多algorithm，非常依赖于函数对象处理容器的元素。因此，STL预定义了许多函数对象、谓词（predicate）、以及用于复合（composite）函数对象的binder、member function adapter、 pointer to function adapters、 negaters、 function objects base structure。由于STL中的algorithm使用函数对象作为参数时，一般都是传值调用，所以函数对象应该仔细设计其复制构造函数。
预定义的函数对象
C++98在头文件functional中定义了下述函数对象:
plus<type>() 结果为(param1 + param2)
minus<type>() 结果为(param1 - param2)
multiplies<type>() 结果为(param1 * param2)
divides<type>() 结果为(param1 / param2)
modulus<type>() 结果为(param1 % param2)
谓词（predicate）
返回布尔值（或者可以隐式转换为布尔值）的函数对象。用于STL中的algorithm时，谓词应该是无状态的（ stateless）函数对象，即谓词的结果不依赖于内部的数据成员。这是因为STL中的algorithm不保证内部实现时对传入的谓词要复制多少次。
C++98在头文件functional中定义了下述谓词:
- equal_to<type>() 结果为(param1 == param2)
- not_equal_to<type>() 结果为(param1 != param2)
- less<type>() 结果为 (param1 < param2)
- greater<type>() 结果为(param1 > param2)
- less_equal<type>() 结果为 (param1 <= param2)
- greater_equal<type>() 结果为 (param1 >= param2)
- logical_not<type>() 结果为 (!param1)
- logical_and<type>() 结果为 (param1 && param2)
- logical_or<type>() 结果为 (param1 || param2)
Function Adapter
用于组合（combine）、变换（transform）、操作（manipulate）函数对象、特定参数值、或者特定函数。进一步细分为：
Binder
C++98在头文件functional中定义了两个函数bind1st与bind2nd，返回值为binder1st、binder2nd类型。用于把二元函数对象分别绑定第一个、第二个参数后成为单元函数对象。
Negater
negate把一个作为谓词的函数对象取反。C++98在头文件functional中定义了两个函数not1与not2，返回值为unary_negate、binary_negate类型。
Member function adapter
Member function adapter用于把类的成员函数用作STL中的algorithm的参数。C++98在头文件functional中定义了:
- 函数mem_fun，返回值为mem_fun_t类型，用于通过一个类对象指针来调用成员函数指针。
- 函数mem_fun_ref，返回值为mem_fun_ref_t类型，用于通过一个类对象引用来调用成员函数指针。
Pointer to function adapter
函数指针适配器（Pointer to function adapter）是把函数指针包装为一个函数对象，以便STL中的algorithm用函数对象作为统一的参数类型，不用再考虑以函数指针作为传入参数的情形。C++98在头文件functional中定义了:
- 函数ptr_fun，返回值为pointer_to_unary_function类型，包装了一个单参数的函数指针。
- 重载函数ptr_fun，返回值为pointer_to_binary_function类型，包装了一个双参数的函数指针。
Function Object Base
函数对象基类（Function Object Base）定义在头文件functional中，用作STL的预定义的与函数对象有关的各个类的基类，其中定义了几个类型，分别表示函数调用的各个参数类型、结果类型。
- unary_function类，定义了2个类型：argument_type、result_type；
- binary_function类，定义了3个类型：first_argument_type、second_argument_type、result_type；
Python
Python程序设计中，函数是作为头等对象（first-class object），可以如同普通的字符串、数值、list等对象那样操作。这使得大部分编写函数对象都是不必须的。
任何对象定义了__call__()方法，就具有了可以当作函数调用的语法。例如下面的做累加的类[2]
class Accumulator(object):
def __init__(self, n):
self.n = n
def __call__(self, x):
self.n += x
return self.n
一个使用例子：
>>> a = Accumulator(4)
>>> a(5)
9
>>> a(2)
11
>>> b = Accumulator(42)
>>> b(7)
49
因为函数就是对象，可当作局部变量定义、确定其属性（内部状态）、作为别的函数的返回值。[3]例如:
def Accumulator(n):
def inc(x):
inc.n += x
return inc.n
inc.n = n
return inc
Python 3中，可以用函数闭包来创建函数对象：
def Accumulator(n):
def inc(x):
nonlocal n
n += x
return n
return inc
注释
^ In C++, a functionoid is an object that has one major method, and a functor is a special case of a functionoid.[1] They are similar to a function object, but not the same.
参考文献
^ 33.15: What's the difference between a functionoid and a functor? 互联网档案馆的存檔，存档日期2004-10-13.
^ Accumulator Generator
^ Python reference manual - Function definitions
进一步阅读
- David Vandevoorde & Nicolai M Josuttis (2006). C++ Templates: The Complete Guide, ISBN 0-201-73484-2: Specifically, chapter 22 is devoted to function objects.
外部链接
- Function Objects (STL) by Gabriel&Andreas Fleseriu&Masur on February 22nd, 2006
- Description from the Portland Pattern Repository
C++ Advanced Design Issues - Asynchronous C++ by Kevlin Henney
The Function Pointer Tutorials by Lars Haendel (2000/2001)- Article "Generalized Function Pointers" by Herb Sutter
- Generic Algorithms for Java
- PHP Functors - Function Objects in PHP
What the heck is a functionoid, and why would I use one? (C++ FAQ)
