C++ 中的可调用对象

目录

一.可调用对象简介

1.什么是可调用对象？

2.可调用对象有什么用？

二.函数指针和仿函数

1.函数指针

a.函数指针的使用语法

b.函数指针的应用场景

2.仿函数

a.仿函数的基本概念

b.仿函数的优点

三.lambda表达式和function

1.lambda表达式

a.基本语法格式

b.lambda表达式的实战实例

2.function

a.使用方法

b.应用场景和注意事项

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一.可调用对象简介

1.什么是可调用对象？

可调用对象指的是任何可以像函数那样被调用的实体。这些实体包括普通函数、仿函数对象（即重载了 operator() 的类对象或结构体对象）、函数指针、lambda表达式、以及C++11引入的std::function包装器。

简单来说，可调用对象是一个实体，我们可以对它传递参数，像调用函数一样去调用它。

2.可调用对象有什么用？

以std::sort()排序函数为例，它用于对元素进行排序，通常接受两个或三个参数。前两个参数指定了要排序的范围（通常是容器中的一段），而第三个参数（可选的）是一个比较函数或比较函数对象，用于明确元素排序的规则（如按元素大小排序、按元素字典序排序...等）。

再以std::priority_queue() 容器适配器为例，它提供了一个基于优先级的队列，通常用于管理需要按照优先级顺序处理的元素集合。std::priority_queue() 的构造函数允许你指定其底层容器的类型（虽然这通常是隐式的，默认为 std::vector）、元素的类型以及一个可选的比较函数或函数对象，用于确定元素的优先级。

小结，可调用对象可以：

①作为参数传递（如上述的sort()的第三个参数）；

②在标准库中的使用（如上述的优先级队列）；

③做回调函数（即在某个事件发生时由系统或其他代码调用的函数）；

④自定义比较和排序;

......等。

简单说完了什么是可调用对象，和可调用对象的用途后，咱们来正式了解可调用对象的具体形式吧，它包括函数指针（C语言里的那套）、仿函数、lambda表达式和包装器。咱们来一一认识~~

二.函数指针和仿函数

1.函数指针

函数指针是指向函数的指针变量，它允许我们将函数作为参数传递给其他函数，或者将函数地址存储在变量或容器中以供后续调用。

a.函数指针的使用语法

注意函数指针的声明格式：返回值类型 (*指针名) (函数参数类型)

通过函数指针调用函数？俺直接用函数名调用函数不行吗？为啥要再通过一个指针？是不是感觉有中脱裤子放P的感觉？

暧，上面那个例子只是为了将函数指针的使用规则，但函数指针真正的应用场景肯定不是这样的。

b.函数指针的应用场景

①函数指针作为参数

②函数指针做回调函数

函数指针有多种用途，比如实现回调函数、在数据结构中存储函数以进行自定义操作等。

2.仿函数

a.仿函数的基本概念

仿函数指的是那些重载了 operator() 的对象或类实例，从而使得这些对象或实例可以像函数一样被调用。

例一：

例二：

仿函数对象可以做实参做sort的第三个参数（上述可调用对象简介中有过演示）来指定排序规则，仿函数也可做类型在优先级队列中明确元素的排序规则。

仿函数的核心在于其重载的 operator() 方法，这个方法定义了当仿函数被“调用”时应该执行的操作。由于仿函数实际上是对象，因此它们可以包含状态（即成员变量），这使得它们比传统的函数指针更强大，因为函数指针无法直接携带状态信息。

b.仿函数的优点

①仿函数可以包含并维护自己的状态，这是函数指针所无法做到的。

②与函数指针相比，仿函数提供了更好的类型安全性，因为它们的参数和返回类型在编译时就被确定了。

③由于仿函数的本质是一个类对象，所以仿函数可以通过继承来扩展功能，这是函数指针所不具备的。

④在某些情况下，使用仿函数可以使代码更加清晰和易于理解，特别是当可调用对象的行为与其数据紧密相关时。

三.lambda表达式和function

Lambda表达式允许我们在代码中定义和使用内联的、匿名的函数对象，它们非常适合用于需要小函数的地方。

1.lambda表达式

a.基本语法格式

语法格式：[捕捉列表]（参数列表）mutable -> 返回类型 {函数实体};

如：auto less = [ ] (int x, int y) -> bool { return x>y; };   

调用方式：cout << less(1 , 2) <<endl；

捕获列表

[=]：表示以传值的方式捕获所有父作用域中变量和函数（包括tihs）；

[&]：表示以传引用的方式捕获所有父作用域中变量和函数（包括this）；

例如：[x, &y] 表示捕获x为值，y为引用； 或[=, &z] 表示捕获所有外部变量为值，但z为引用；或 [&, x]  表示捕获所有外部变量为引用，但x为值。

[ ] 空捕获，表示不捕获任何变量或函数。

lambda的捕捉列表可以捕捉到外界的对象，相当于是外界对象的一份拷贝，但其默认被const修饰，如auto swap = [x , y] () { int tmp=x; x=y; y=tmp; }; ×

mutable

而若想改变捕捉的对象，则需要使用到mutable，如：auto swap = [x , y] () mutable { int tmp=x; x=y; y=tmp; }; 但此时x和y虽然能在函数定义内改变，但其仍是外界对象的一份拷贝，其值改变不会影响到外界的对象。

除非是外界对象的引用，如：auto swap = [&x , &y] () { int tmp=x; x=y; y=tmp; };  

参数列表

int x, int y)相当于函数形参，是我们调用该可调用对象时传入的参数；

-> 是固定的语法个数，但可以省略；bool 相当于函数的返回值类型，由于其具体类型可以通过函数实体推导，故该类型也可以省略；

{ return x>y; } 相当于函数实体，是可调用对象需要执行的具体功能。

注意：范围for的底层是迭代器，而lambda的底层是仿函数！！

lambda对象类型

一个lambda语句对应一个实现有仿函数的类，对个lambda对应的类名都不同，类名的生成使用了UUID做后缀，保证类名不会重复！

auto 是可调用对象的类型，它是唯一的、未命名的类型，这种类型是由编译器根据lambda表达式的捕获列表、参数列表、返回类型以及函数体自动生成的，故只能用auto来自动推导（或function包装器）。

b.lambda表达式的实战实例

示例一（捕获父作用域中的局部变量、全局变量和函数体）：

示例二（捕获父作用域中的类对象）：

2.function

std::function 是一个功能强大的模板类，它提供了一种通用的、类型安全的方式来存储和调用任何可调用对象，包括普通函数、Lambda表达式、仿函数对象以及成员函数指针。

a.使用方法

定义一个 std::function 实例时，需要指定可调用对象的返回类型和参数类型。

function对各类可调用对象的封装：

b.应用场景和注意事项

应用场景

①回调函数：在需要传递回调函数作为参数的场合，function 可以提供一种灵活且类型安全的方式。

②事件处理：在基于事件驱动的应用程序中，function 可以用于注册事件处理器。

注意事项

空 function ：未初始化的 function 是空的，调用它会抛出 std::bad_function_call 异常。

多线程：function 本身不是线程安全的，但如果它所存储的可调用对象是线程安全的，那么可以在多个线程中安全地调用它。

性能：虽然 function 提供了很大的灵活性，但它通常比直接调用函数或Lambda表达式要慢一些，因为它涉及到额外的间接调用和类型擦除。