在 C++ 裡傳遞、儲存函式 Part 2：Function Object

基本上，function object 和 function pointer 可以做的事其實差不多，不過和 function pointer 相比，function object 是有一些優點的∼一般來說，function object 的優點主要是兩點：一個是他可以透過 inline 來提升效能，其次是他可以在 function 內部來記錄狀態。

前者除了程式碼本身的寫法外，主要更取決於編譯器的最佳化能力，之後 Heresy 應該會用 MSVC10 和 gcc 測試一下 function pointer 和 function object 的效能，而在這邊就暫時跳過了。

而在狀態紀錄的功能方面，由於 function object 本身就可以是一個自行定義的類別物件，所以其實內部要有多少變數用來記錄狀態，其實是相當自由的！雖然 function pointer 也不是完全沒有辦法同樣的事，但是相對之下，使用 function object 應該還是會比較簡單的∼

這邊舉個例子，假如我們定義了一個有三項的 vector 結構 Vector3：

struct Vector3
 {
   Vector3( const int& a, const int& b, const int& c )
   {
     m_iaData[0] = a;
     m_iaData[1] = b;
     m_iaData[2] = c;
   }
  
   int  m_iaData[3];
 };

而如果又建立了一個 vector< Vector3 > 的資料，那想要用 STL 的 sort() 來針對某一項排序的話，可以建立一個比較大小用的 function object：

class Comparsion
 {
public:
   int idx;
   Comparsion( const int& i ) : idx( i ){};
  
   bool operator() ( const Vector3& v1, const Vector3& v2 ) const
  {
     return v1.m_iaData[idx] < v2.m_iaData[idx];
   }
 };

這個 class 裡面除了定義了比較大小用的 operator() 外，也另外宣告出了一個成員變數 idx、以及對應的建構子，用來指定要比較的項目；這樣要使用的時候，只要透過 constructor 來指定要比較的項目就可以了∼像下面的寫法，就可以讓 STL 的 sort() 使用我們自己定義的 Comparsion 來針對 Vector3 的第一項做比較、排序了∼

vector< Vector3 > v3;
 ...
sort( v3.begin(), v3.end(), Comparsion(1) );

此外，其實使用 function object 也更能符合物件導向的概念，像是如果透過 operator overload 的話，也可以讓一個 function object 裡有多個不同的 operator()，進而讓單一的 function class 有更多的功能。

除了可以自己定義 function object 外，C STL 的 <functional> 這個 header 檔裡，也有提供一些已經定義好的 function object 可以直接拿來用；包含了三類，共十五個 template function object：

• 算術（Arithmetic）
  • plus、minus、multiplies、divides、modulus、negate
• 比較（Comparison）
  • equal_to、not_equal_to、greater、less、greater_equal、less_equal
• 邏輯計算（Logical）
  • logical_and、logical_or、logical_not

而每個 function object 的內容實際上都非常地簡單，在這邊就不詳列了；有興趣的人也可以參考 cplusplus.com 文章裡「operator classes」的說明。

除了這些預先定義好的 function object 外，STL 在 <functional> 裡，也還有提供一些其他功能，可以幫助程式開發者使用這些 function object；像是「binder」、「negators」、「conversors」都算是這類的東西。

要怎麼用呢？首先，STL 有定義出：只有一個參數的「一元函式」（unary_function）和有兩參數的「二元函式」（binary_function）。而 STL 裡不同的演算法，視需求的不同，要傳入的 function object 可能會是一元的（例如 for_each()），也有可能是二元的（例如 sort()）。

像上面所列的 STL function object 裡，除了 negate 和 logical_not 是一元函式外，其他的都是二元函式。而一元函式因為本身的特性，本來就不太可能變成二元函數來使用；但是有的時候，我們可能會希望透過指定其中一項參數的值，來把二元函式變成一個一元函式來使用，這時候就可以透過 STL 的 binder 來做了∼

STL 的 binder 有 bind1st() 和 bind2nd() 兩個函式，前者是用來指定二元函式的第一個參數的值，後者則是用來指定第二個參數的值。這邊 Heresy 用 count_if() 來做簡單的使用範例：

struct GreaterThan
 {
   int x;
   GreaterThan( int value ) : x( value ){};
  
   bool operator() ( int value )
   {
     return value > x;
   }
 };

vector<int> v;
 ...
int num = count_if( v.begin(), v.end(), GreaterThan( 4 ) );

像是上面的例子，我們可以透過 count_if() 以及自己定義的 GreaterThan 來計算 vector v 裡面，值大於某個數的項目個數；不過實際上，我們也可以透過 STL 的 binder 和 greater 來做到同樣的事，而不用自己去定義這個 function object。寫法如下：

num = count_if( v.begin(), v.end(), bind2nd( greater<int>(), 4 ) );  

其中，「bind2nd( greater<int>(), 4 )」就是透過將 STL 內建的 greater 這個內建的二元函式的第二個參數指定成「4」，讓他變成一個「判斷值是否大於 4」的一元函式；如此，就可以給 count_if() 這類需要一元函式的演算法來使用了∼

不過，如果要把 binder 可以套用在自己定義的 function object 上的話，那 function object 的 clasee 就必需要繼承 binary_function 這個 class，如此才能使用 binder 來做轉換。如果需要更強大、自由的 bind 功能的話，可能就要使用 Boost C Libraries 裡的 bind 函式庫了∼而這部份就以後有時間再說了。

除了 binder 外，STL 也有提供所謂的「conversors」，可以把 function pointer 或是物件本身的成員函式轉換成 function object、來在 STL 的演算法裡使用。而 conversors 這部份的函式有三種，分別是：ptr_fun()、mem_fun() 以及 mem_fun_ref()。

其中，ptr_fun() 是可以將 function pointer 轉換成為 function object；而他本身是兩個 function，分別對應到一元函式和二元函式。不過 Heresy 不打算講這個，有興趣的請自行參考 cpluplus.com 的文章。

而 mem_fun() 和 mem_fun_ref() 則是可以將物件的成員函式轉換成 function object 來使用；如果以套用到 STL 的 for_each() 來說的話，就是會去呼叫指定的資料範圍裡每一項資料的特定函示了！下面是一個簡單的例子：

vector< string > vString;
 //...
for_each( vString.begin(), vString.end(), mem_fun_ref( &string::clear ) );

這個例子會透過 for_each() 去呼叫 vString 裡每一個字串的 string::clear() 函式，藉此把 vString 裡的每一個字串都清空。也就是相當於下面的程式：

for( vector<string>::iterator it = vString.begin(); it != vString.end();    it )
   (*it).clear();

而 mem_fun() 和 mem_fun_ref() 兩者的差別，則在於 mem_fun() 是透過 pointer 的形式來呼叫，而 mem_fun_ref() 則是透過 reference 的形式來呼叫；要用哪一個就要視自己的資料形式而定了∼如果資料本身是指標的話，就用 mem_fun()，而資料是物件的話，就使用 mem_fun_ref()。下面就是使用 pointer 版的例子：

vector< string* > vStrPtr;
 //...
for_each( vStrPtr.begin(), vStrPtr.end(), mem_fun( &string::clear ) );