C++ lambda 表示式與「函式物件」（functor）

dutrmp19發表於2024-11-17
C++函式物件

C++ lambda 表示式與「函式物件」（functor）

  • Created: 2024-06-27T16:29+08:00
  • Published: 2024-11-17T17:01+08:00
  • Categories: C-CPP

functor(Function Object)

首先要介紹的是 functor——一個過載了 operator() 的類，該類的例項可以使用 operator()。

What are C++ functors and their uses? - Stack Overflow

stackoverflow 上的例子很好，改一下放在這裡：

struct add_x
{
    add_x(int val) : x(val) {} // Constructor
    int operator()(int y) const { return x + y; }

private:
    int x;
};

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

int main()
{
    vector<int> x{0, 1, 2, 3};
    vector<int> y(x.size());
    // Now you can use it like this:
    add_x add_42(42);            // create an instance of the functor class
    int i = add_42(8);           // and "call" it
    std::cout << i << std::endl; // 50

    // Pass a functor to std::transform, which calls the functor on every element
    // in the input sequence, and stores the result to the output sequence
    std::transform(x.begin(), x.end(), y.begin(), add_42); // y[i] = x[i] + 42
    std::for_each(x.begin(), x.end(), output());

    for (auto &i : y)
    {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

觀察下 std::for_each() 這類函式的函式簽名，最終只是呼叫了傳入引數的 () 運算子，所以可以傳入一個 functor。

程式碼見 ./use-functor-lambda-to-sort.cpp

template <typename _InputIterator, typename _Function>
_GLIBCXX20_CONSTEXPR
    _Function
    for_each(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Function __f)
{
    // concept requirements
    __glibcxx_function_requires(_InputIteratorConcept<_InputIterator>)
        __glibcxx_requires_valid_range(__first, __last);
    for (; __first != __last; ++__first)
        __f(*__first);
    return __f; // N.B. [alg.foreach] says std::move(f) but it's redundant.
}

只是簡單地將傳入引數 _f 作用於 element，對於 std::sort()，其函式簽名為 sort(_RandomAccessIterator __first, _RandomAccessIterator __last, _Compare __comp)，也只是簡單地使用 __comp()。所以只要傳入的物件支援 () 運算就可以。

lambda

C++ 中 Lambda 表示式（匿名函式）與傳統的函式指標有什麼本質區別？ - 雨樂的回答 - 知乎

lambda 實際上程式碼生成出了一個 functor，而 capture list 中的引數就是 functor 中的成員變數。
預設引用捕獲的成員變數是隻讀的，可以使用 mutable 來改變。

可以參考 C++ Insights - Iterator tests 看中間程式碼。

bool less_function(int const &a, int const &b)
{
    return a < b;
}

struct Less
{
    bool operator()(int const &a, int const &b) const
    {
        return a < b;
    }
};

auto less_lambda = [](int const &a, int const &b)
{
    return a < b;
};

Less less_functor{}; // an instance of less

int main()
{
    vector<int> v = {1, 3, 5, 7, 2, 4, 6};

    std::sort(v.begin(), v.end(), less_lambda);
    std::sort(v.begin(), v.end(), less_function);
    std::sort(v.begin(), v.end(), less_functor);

    for (auto &i : v)
    {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

面試問題

使用 lambda 實現函式物件

讓介紹一下 C++ 裡的 lambda。給了 struct A {int x;}; std::vector<A> v;，讓用 std::sort 來排序：std::sort(v.begin(), v.end(), [](A &a, A &b) {return a.x < b.x;});。
指出 lambda 是一種語法糖，要我把它用函式物件實現。我當時不太會函式物件。
問了這裡第三個引數 [](A &a, A &b) {return a.x < b.x;} 是什麼型別。問了 std::sort 的函式簽名是什麼。當時不會。參見 理解 STL —— 迭代器與函式物件。

——鹹魚暄的程式碼空間

程式碼見 ./use-functor-lambda-to-sort.cpp

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