C++ lambda 表达式与「函数对象」（functor）

C++ lambda 表达式与「函数对象」（functor）

• Created: 2024-06-27T16:29+08:00
• Published: 2024-11-17T17:01+08:00
• Modified: 2024-11-23T19:52+08:00
• Categories: C-CPP

functor(Function Object)

首先要介绍的是 functor——一个重载了 operator() 的类，该类的实例可以使用 operator()。

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

stackoverflow 上的例子很好，改一下放在这里：

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;
}

观察下 std::for_each() 这类函数的函数签名，最终只是调用了传入参数的 () 运算符，所以可以传入一个 functor。

代码见 ./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.
}

只是简单地将传入参数 _f 作用于 element，对于 std::sort()，其函数签名为 sort(_RandomAccessIterator __first, _RandomAccessIterator __last, _Compare __comp)，也只是简单地使用 __comp()。所以只要传入的对象支持 () 运算就可以。

lambda

C++ 中 Lambda 表达式（匿名函数）与传统的函数指针有什么本质区别？ - 雨乐的回答 - 知乎

lambda 实际上代码生成出了一个 functor，而 capture list 中的参数就是 functor 中的成员变量。
默认引用捕获的成员变量是只读的，可以使用 mutable 来改变。

可以参考 C++ Insights - Iterator tests 看中间代码。

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;
}

<functional>

std::less<int> less_than; less_than 就是一个 functor，相对地还有 std::greater<T>。

#include <functional>
#include <iostream>

int main()
{
    std::less<int> less_than;
    std::cout << less_than(1, 2) << std::endl; // 1
    std::cout << less_than(2, 1) << std::endl; // 0
    return 0;
}

面试问题

使用 lambda 实现函数对象

让介绍一下 C++ 里的 lambda。给了 struct A {int x;}; std::vector<A> v;，让用 std::sort 来排序：std::sort(v.begin(), v.end(), [](A &a, A &b) {return a.x < b.x;});。
指出 lambda 是一种语法糖，要我把它用函数对象实现。我当时不太会函数对象。
问了这里第三个参数 [](A &a, A &b) {return a.x < b.x;} 是什么类型。问了 std::sort 的函数签名是什么。当时不会。参见 理解 STL —— 迭代器与函数对象。

——咸鱼暄的代码空间

代码见 ./use-functor-lambda-to-sort.cpp