函数对象与函数指针之间的区别

Question

我有两个关于函数对象和函数指针的问题。

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问题1：

当我查看STL中不同用法的sort算法时，我发现第三个参数可以是一个函数对象，以下是一个示例：

class State {  
  public:  
    //...
    int population() const;  
    float aveTempF() const;  
    //...  
};    
struct PopLess : public std::binary_function<State,State,bool> {  
    bool operator ()( const State &a, const State &b ) const  
        { return popLess( a, b ); }  
};  
sort( union, union+50, PopLess() );  

问题:

现在，语句sort(union, union+50,PopLess())是如何工作的？PopLess()必须被解析为类似于 PopLess tempObject.operator() 这样的内容，这与执行临时对象上的 operator () 函数相同。我将其视为将重载操作的返回值即 bool（如我的示例中所示）传递给 sort 算法。

那么，这种情况下，sort 函数如何解析第三个参数？

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问题 : 2

问题 :

使用函数对象与函数指针相比，我们是否具有任何特定优势？如果我们使用下面的函数指针，它会产生任何不利影响吗？

inline bool popLess( const State &a, const State &b )
    { return a.population() < b.population(); }  
std::sort( union, union+50, popLess ); // sort by population

PS: 上面提到的参考资料（包括示例）均来自"Stephen C. Dewhurst"所著的书籍"C++ Common Knowledge: Essential Intermediate Programming"。
由于我无法理解主题内容，因此发布了求助帖。

非常感谢您的帮助。

- kumar_m_kiran

Answer 1

PopLess() 实例化了一个临时的 PopLess 类的实例，以便传递给 std::sort()。这与您说的效果基本相同（请注意，在此示例中会多次复制）：

PopLess pl = PopLess();
sort(union, union + 60, pl);

然后，std::sort() 将调用该实例上的 operator()。

至于函数对象或函数指针哪个更好，“更好”这一问题取决于具体情况。最重要的区别可能在于函数对象可以保持状态，而由指针传递的普通函数则不能。编译器可能能够更优化其中之一，但在大多数使用场景中，这可能并不重要。

- James McNellis

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普通函数通过指针传递无法以多种方式维护状态，例如：静态局部变量、静态模块变量（在C编译单元内的“全局”范围内，但从外部不可见），以及可能的其他方式？ - Heath Hunnicutt

我认为詹姆斯所指的是，在函数指针级别上，没有为不同调用维护状态的范围。因此，如果您正在使用函数指针并多次调用排序，则不能为每个调用保留不同的状态。这可以通过函数对象实现。如果我错了，请纠正我。 - kumar_m_kiran

通常情况下，函数对象比函数指针更能提高代码的运行速度，因为编译器通常无法优化通过函数指针进行的调用，而通过函数对象中的operator()()成员函数进行调用可以轻松地进行内联。 - sbi

@Heath：使用全局变量是导致我们深陷困境的原因，促使有人发明了一个面向对象的好旧C语言版本。:) - sbi

Answer 2

问题1:

PopLess()必须被解析成类似于PopLess > tempObject.operator()的形式，这将与在临时对象上执行operator()函数相同。

不是[如你所说]扩展。实际上，PopLess()是对隐式PopLess::PopLess()构造函数的调用。此代码创建一个临时对象并将其传递给函数调用中的第3个参数。

问题2:

使用函数对象与使用函数指针相比，我们是否有任何特定优势？

在这种情况下没有。在这里，您的PopLess对象是无状态的。您可以创建具有内部状态的函数对象。

例如:

struct ensure_min
{
    int value;
    ensure_min(int val) : value(val) {}
    int operator()(const int& i)
    {
        return std::max(value, i);
    }
}

std::vector<int>  values;
values.push_back(-1);
values.push_back(0);
values.push_back(1);
values.push_back(2);
values.push_back(3);

std::transform(values.begin(), values.end(), 
    std::ostream_iterator<int>(std::cout, "\n"), ensure_min(1));

这段代码将输出序列中的所有数字，确保输出中的所有数字都具有最小值1（如果原始数字小于1，则输出为1；如果原始数字大于或等于1，则输出为原始数字）。

- utnapistim

Answer 3

问题1： PopLess() 构造了一个类型为 PopLess 的对象，然后 sort 使用这个对象来排序范围内的元素，使用 operator ()。

看一下 for_each 函数可能更容易，可以这样实现：

template <typename IterT, typename Function>
Function for_each( IterT first, IterT last, Function f ) {
    for( ; first != last; ++first )
        f(*first);

    return f;
}

基本上，for_each、sort以及使用函数对象的函数，只需获取您的函数对象实例并调用其operator ()即可。

问题2：当您使用函数对象而不是函数指针时，编译器可能能够通过内联来优化函数调用，这对于函数指针可能不是那么直接。此外，函数对象可以有状态。

- Jacob

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我不会说通过函数指针的调用不能被优化掉。例如，如果算法在调用位置内联展开，并且在该位置使用的函数指针始终相同，则可以将通过函数指针的调用也内联。间接函数调用可能更难内联，但我不是编译器专家，所以我不太清楚。 - James McNellis

我尝试调整我的回答以反映您的评论，“不可能”是在你不知道的情况下使用的一个强烈的词。 - Jacob

对于内联点plus_one, 如果空间占用不是一个问题，当适合时启用内联，则编译器将内联调用operator()方法，因为它可以在编译时解析方法的调用从而生成更快的代码。如果operator()在一两个步骤中执行了一些简单任务，则确实建议这样做。 - sjsam

Answer 4

我不确定问题1在问什么，但PopLess()是一个对象。在排序函数内部，调用该对象的operator()方法来比较项。

- Michael

Answer 5

主要的实际区别在于函数对象具有维护状态的能力。例如，在对多列数据进行排序时，函数对象可以拥有关于按哪一列排序、排序方向甚至排序规则（大小写敏感等）的信息。

- Michael J

Answer 6

• 问题1：PopLess()是一个临时对象。
• 问题2：它允许你的“函数”具有状态...在它被用作函数之前，你可以用任何你喜欢的方式初始化这个对象。

- Keith Nicholas