C++ (C++11) 中的函数对象答案

【问题标题】：Function objects in C++ (C++11)C++ (C++11) 中的函数对象
【发布时间】：2012-10-10 13:57:22
【问题描述】：

我正在阅读有关 boost::function 的信息，我对它的使用以及它与我在文档中找到的其他 C++ 结构或术语的关系感到有些困惑，例如here.

在 C++ (C++11) 的上下文中，boost::function 的实例、函数对象、函子和lambda 表达式？什么时候应该使用哪个构造？例如，何时应该将函数对象包装在 boost::function 中，而不是直接使用该对象？

以上所有的 C++ 是否构造了不同的方式来实现函数式语言中称为 closure（一个函数，可能包含捕获的变量，可以作为值传递并由其他函数调用)?

【问题讨论】：

标签： function boost c++11 functional-programming functor

【解决方案1】：

函数对象和函子是一回事；实现函数调用运算符operator() 的对象。一个 lambda 表达式产生一个函数对象。具有boost::function/std::function 的某些特化类型的对象也是函数对象。

Lambda 的特殊之处在于 lambda 表达式具有匿名且唯一的类型，并且是创建内联函子的便捷方式。

boost::function/std::function 的特殊之处在于它将任何可调用实体转换为函子，其类型仅取决于可调用实体的签名。例如，每个 lambda 表达式都有一个唯一的类型，因此很难将它们传递给非泛型代码。如果您从 lambda 创建 std::function，那么您可以轻松地传递包装的 lambda。

【讨论】：

那么boost::function是用来定义函数对象的签名的？
@Giorgio 签名但不是它的类型。
@Giorgio 不定义签名，而是隐藏签名以外的所有内容。它还可以方便地将非对象可调用实体作为对象处理。
“例如，每个 lambda 表达式都有一个唯一的类型”：这是否意味着具有相同签名的两个 lambda 表达式（例如，(int x, int y) -> int）具有不同的类型？
@Giorgio 不仅如此，即使两个 lambda 表达式中的确切标记序列相同，类型也是唯一的：static_assert(!std::is_same<decltype([]{}),decltype([]{})>::value,"these two lambda expressions have different types!");

【解决方案2】：

boost::function 和标准版std::function 都是库提供的包装器。它们可能很昂贵且相当重，只有在您确实需要一个异构的、可调用实体的集合时才应该使用它们。只要您一次只需要一个可调用实体，您最好使用auto 或模板。

这是一个例子：

std::vector<std::function<int(int, int)>> v;

v.push_back(some_free_function);           // free function
v.push_back(&Foo::mem_fun, &x, _1, _2);    // member function bound to an object
v.push_back([&](int a, int b) -> int { return a + m[b]; });  // closure

int res = 0;
for (auto & f : v) { res += f(1, 2); }

这是一个反例：

template <typename F>
int apply(F && f)
{
    return std::forward<F>(f)(1, 2);
}

在这种情况下，像这样声明apply 是完全没有必要的：

int apply(std::function<int(int,int)>)   // wasteful

转换是不必要的，模板化版本可以匹配实际（通常是不可知的）类型，例如绑定表达式或 lambda 表达式。

【讨论】：

【解决方案3】：

Function Objects 和 Functors 通常被描述为概念。这意味着它们描述了一种类型的一组需求。一种在 C++11 和新的概念称为Callable。可调用类型的对象o 是对象，其中（基本上）表达式o(ARGS) 为真。例子对于Callable 是

int f() {return 23;}

struct FO {
  int operator()() const {return 23;}
};

通常会增加一些对Callable的返回类型的要求也。你像这样使用Callable：

template<typename Callable>
int call(Callable c) {
  return c();
}

call(&f);
call(FO());

像上面这样的构造需要你知道确切的类型编译时。这并不总是可能的，这就是 std::function进来。

std::function 就是这样一个Callable，但它可以让你擦除您正在调用的实际类型（例如，您的函数接受可调用不再是模板）。仍然调用一个函数需要你知道它的参数和返回类型，因此必须将它们指定为 std::function 的模板参数。

你会这样使用它：

int call(std::function<int()> c) {
  return c();
}

call(&f);
call(FO());

您需要记住，使用 std::function 可能会影响性能，您应该只在确定需要时使用它它。在几乎所有其他情况下，模板都能解决您的问题。

【讨论】：