C++/Functional

Template:C++ Standard library <functional> 是C++標準程式庫中的一個頭文件，定義了C++標準中的多個用於表示函數對象（function object）的類模板（class template），包括算術操作、比較操作、邏輯操作；以及用於綁定函數對象的實參值的綁定器（binder）。這些類模板的實例是具有函數調用運算符（function call operator）的C++的類，這些類的實例可以如同函數一樣調用。不必寫新的函數對象，而僅是組合預定義的函數對象與函數對象適配器（function object adaptor），就可以執行非常複雜的操作。

C++11標準提供了類模板std::function是一個通用的、多態的函數包裝器（function wrapper）。std::function的實例可以存儲、複製、調用任何可調用目標—如函數、lambda表達式、bind表達式（函數適配器對象實例，通過設定參數值把函數變換到參數更少的其他函數）、其他函數對象。

相關概念

函數對象，是可以具有如同普通函數一樣的函數調用語法的數據對象。包括函數指針、類成員函數指針、或者內部定義了函數調用運算符的類對象等。

C++的TR1標準引入了'調用特徵'（call signature）：函數返回類型，之後是用括號包起來的用逗號分隔的形參類型列表（可以為0個形參）。調用特徵廣泛用於STL的模板定義。 調用特徵定義了一個函數的類型，但與傳統的函數指針類型的定義不同，調用特徵不需要表示「指針」型的星號*。

可調用類型（callable type），包括函數指針、類成員函數指針、 類數據成員指針（因為類的數據成員可能是個可調用類型）、或者內部定義了函數調用運算符的類類型。

C++標準庫提供的C++算法，並不需要超過兩個參數的函數對象。返回布爾型的函數是非常重要的特例，單參函數且返回值為布爾型，稱為謂詞。雙參函數返回布爾型，稱為二元謂詞（binary predicate）。

可適配的函數對象

C++標準規定，可適配的函數對象（adaptable function object）必須用typedef來指出其參數類型與返回值類型。對於無參函數對象F0，必須定義類型F0::result_type。對於單參函數對象F1，必須定義類型F1::argument_type與F1::result_type。對於雙參函數對象F2，必須定義F2::first_argument_type、F2::second_argument_type、F2::result_type。C++標準庫提供了作為基類型unary_function與binary_function來簡化可適配的無參函數與單參函數。可以從這兩個類派生自己的類。

類模板

• bad_function_call 這是一個被拋出的異常類，用於表示被調用的函數對象為空。例如，定義了一個std::function對象，但尚未用函數指針或函數對象來初始化，就調用了這個std::function對象，這時拋出該異常類。
• binary_negate 這是一個類模板用於包裝函數對象。初始化時在內部存儲了一個雙參函數對象。調用時把指定的雙參函數對象的返回值取反。
• binder1st 類模板用於包裝函數對象。初始化時在內部存儲了一個雙參函數對象，並把該雙參函數的第一個參數綁定為一個固定的值，當作單參函數來調用。
• binder2nd 類模板用於包裝函數對象。初始化時在內部存儲了一個雙參函數對象，並把該雙參函數的第二個參數綁定為一個固定的值，當作單參函數來調用。
• const_mem_fun_ref_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個無參的const型類成員函數指針。調用時當作單參函數（傳入的參數實際上是類成員函數所需的該類實例的引用）。
• const_mem_fun_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個無參的const型類成員函數指針。調用時當作單參函數（傳入的參數實際上是類成員函數所需的該類實例的指針）。
• const_mem_fun1_ref_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個單參的const型類成員函數指針。調用時當作雙參函數（傳入的第一個參數實際上是類成員函數所需的該類實例的引用）。
• const_mem_fun1_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個單參的const型類成員函數指針。調用時當作雙參函數（傳入的第一個參數實際上是類成員函數所需的該類實例的指針）。
• function 類模板，用於包裝一個可調用（callable）的類。可以看做是C++98標準庫中函數對象mem_fun_t, pointer_to_unary_function等的替代品。function的模板參數是包裝的函數對象的call signature。可以直接包裝類成員函數（在調用時必須把類實例作為第一個參數）
• hash 模板類，其內部的函數成員運算符函數輸入為一個標量或字符串，輸出為計算出來的hash值。用於STL的unordered_map, unordered_multimap, unordered_set, and unordered_multiset等模板類。
• is_bind_expression 類模板，用於判斷指定表達式是否為std::bind函數返回的結果類型。
• is_placeholder 類模板，用於判斷指定表達式是否為std::placeholders中定義的placeholder類型.
• mem_fun_ref_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個無參的non_const型類成員函數指針。調用時當作單參函數（傳入的參數實際上是類成員函數所需的該類實例的引用）。
• mem_fun_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個無參的non_const型類成員函數指針。調用時當作單參函數（傳入的參數實際上是類成員函數所需的該類實例的指針）。
• mem_fun1_ref_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個單參的non_const型類成員函數指針。調用時當作雙參函數（傳入的第一個參數實際上是類成員函數所需的該類實例的引用）。
• mem_fun1_t 類模板作為適配器，初始化時在內部存儲一個單參的non_const型類成員函數指針。調用時當作雙參函數（傳入的第一個參數實際上是類成員函數所需的該類實例的指針）。
• pointer_to_binary_function 類模板，用於把一個雙參的函數對象轉變為可適配的雙參函數對象。即在內部定義 first_argument_type, second_argument_type, result_type三個類型。這樣才能進一步綁定參數等操作。
• pointer_to_unary_function 類模板，用於把一個單參的函數對象轉變為可適配的單參函數對象。即在內部定義 argument_type, result_type兩個類型。這樣才能進一步綁定參數等操作。
• reference_wrapper 類模板，用於包裝對一個實例的引用。如果被包裝的類型是單參函數對象或者雙參函數對象，則會特化處理。
• result_of 類模板，用於取出一個可調用函數對象的結果類型
• unary_negate 類模板，用於把指定的單參謂詞的結果取反。

函數

• bind 把一個多參數函數對象轉化為可適配的函數對象，綁定任意的參數為確定的值，重新安排參數對應順序。
• bind1st C++98用於綁定雙參函數的第一個參數為確定的值
• bind2nd C++98用於綁定雙參函數的第二個參數為確定的值
• bit_and 返回一個bit_and結構，作為函數對象
• bit_or 返回一個bit_or結構，作為函數對象
• bit_xor 返回一個bit_xor結構，作為函數對象
• cref 把一個實例對象包裝為reference_wrapper模板類
• mem_fn 返回一個類成員函數的包裝可調用類。調用時顯式傳遞一個類對象實例作為第一個參數。
• mem_fun 返回一個類成員函數的包裝類對象mem_fun_t、mem_fun1_t等。用類對象的指針去調用包裝類對象。
• mem_fun_ref 返回一個類成員函數的包裝類對象mem_fun_ref_t、mem_fun1_ref_t等。用類對象的引用去調用包裝類對象。
• not1 返回一個對謂詞的結果取反的函數對象包裝類
• not2 返回一個對二元謂詞的結果取反的函數對象包裝類
• ptr_fun 對函數對象，做可適配改造，返回pointer_to_binary_function或者pointer_to_unary_function類對象
• ref 對一個實例對象，返回一個reference_wrapper包裝類。以此作為函數對象的參數綁定，還可以修改原實例的值來改變綁定的參數值。
• swap 交換兩個function的值。

結構

C++標準頭文件functional中預定義了多個函數對象，包括算術運算的plus、minus、multiplies、divides、modulus、negate；比較運算equal_to、not_equal_to、greater、less、greater_equal、less_equal；邏輯運算logical_and、logical_or、logical_not。

• binary_function 一個空基類，用於派生其他的雙參函數對象的結構
• divides 做算術除法的函數對象的結構
• equal_to 做相等比較的二元謂詞的函數對象的結構
• greater 做大於比較的的二元謂詞的函數對象的結構
• greater_equal 做大於比較等於的的二元謂詞的函數對象的結構
• less 做小於比較的的二元謂詞的函數對象的結構
• less_equal 做小於比較等於的的二元謂詞的函數對象的結構
• logical_and 做邏輯與的的二元謂詞的函數對象的結構
• logical_not 做邏輯非的的謂詞的函數對象的結構
• logical_or 做邏輯或的的二元謂詞的函數對象的結構
• minus 做算術減法的函數對象的結構
• modulus 做算術模運算的函數對象的結構
• multiplies 做算術乘法的函數對象的結構
• negate 做算術相反數運算的函數對象的結構
• not_equal_to 做不等比較的二元謂詞的函數對象的結構
• plus 做算術加法的函數對象的結構
• unary_function 一個空基類，用於派生其他的單參函數對象的結構

對象

• _1 到 _M 用於指示bind函數的形參對應於被包裝函數的那個實參。

運算符

• operator== 比較函數對象是否為空指針
• operator!= 比較函數對象是否不為空指針

參考文獻

• C++ reference for standard function objects