C++ 可调用对象(Callable Object)深入分析

可调用对象是一个对象，它能够像函数一样被调用，包括函数指针、函数对象、成员函数指针等。在 C++11 标准中加入的可调用对象是一个非常强大的特性，我们可以利用它来编写更加灵活和高效的代码。

本文将深入介绍 C++ 中可调用对象的概念、用法以及注意事项。其中会包含两个示例，以帮助读者更好地理解可调用对象的使用。

可调用对象类型

可调用对象类型包括众多的类型，包括函数指针、函数对象、成员函数指针等。在 C++ 调用可调用对象时，它会自动转换为一个函数的形式，从而可以被调用。以下是可调用对象的一些例子：

• 函数指针

int (*func)(int) = &some_function; // 函数指针声明及赋值
int result = func(42); // 通过函数指针调用函数

• Lambda 表达式

auto lambda = [](int a, int b) { return a + b; }; // Lambda 表达式声明及赋值
int result = lambda(1, 2); // 通过 Lambda 表达式调用函数

• 仿函数（函数对象）

struct Functor {
    int operator()(int a, int b) const { return a + b; } // 仿函数声明
};

Functor functor; // 仿函数对象实例化
int result = functor(1, 2); // 通过仿函数调用函数

• 成员函数指针

struct SomeClass {
    int some_function(int a, int b) { return a + b; } // 成员函数声明
};

int (SomeClass::*member_func_ptr)(int, int) = &SomeClass::some_function; // 成员函数指针声明及赋值
SomeClass obj;
int result = (obj.*member_func_ptr)(1, 2); // 通过成员函数指针调用函数

• std::function

std::function<int(int, int)> func = [](int a, int b) { return a + b; }; // std::function 声明及赋值
int result = func(1, 2); // 通过 std::function 调用函数

使用可调用对象

可调用对象可以作为函数参数或函数返回值来使用，从而使得我们的代码更加灵活和高效。

作为函数参数

使用可调用对象作为函数参数的情景比较常见，例如 STL 中的算法函数就会将可调用对象作为函数参数传入，例如 std::sort 函数：

template<class RandomIt, class Compare>
void sort(RandomIt first, RandomIt last, Compare comp);

其中的 Compare 参数就是一个可调用对象类型，其作用是用于比较两个元素的大小。我们可以传入一个函数指针、Lambda 表达式或者仿函数作为 Compare 参数，例如：

bool greater(int a, int b) { return a > b; } // 普通函数声明
auto lambda = [](int a, int b) { return a > b; }; // Lambda 表达式声明
struct Functor { bool operator()(int a, int b) const { return a > b; } }; // 仿函数声明

std::vector<int> vec = {2, 5, 1, 7};
std::sort(vec.begin(), vec.end(), greater); // 使用函数指针作为函数参数
std::sort(vec.begin(), vec.end(), lambda); // 使用 Lambda 表达式作为函数参数
std::sort(vec.begin(), vec.end(), Functor{}); // 使用仿函数作为函数参数

作为函数返回值

使用可调用对象作为函数返回值的情况比较特殊，它常常用于封装一些策略，例如工厂模式。在这种情况下，我们可以利用可调用对象来生成一个新的对象。

以下是一个示例，我们定义了一个名为 make_adder 的函数，该函数接受一个整数作为参数，返回一个 Lambda 表达式，用于把该整数加上其他数：

auto make_adder(int n) {
    return [n](int x) { return n + x; }; // Lambda 表达式创建
}

auto add5 = make_adder(5); // 使用 make_adder 函数创建一个新的可调用对象
int result = add5(3); // 调用可调用对象

上述示例中，我们创建了一个新的可调用对象 add5，该对象可以将传入的整数加上 5。我们可以将这个对象保存下来，并在需要的时候反复使用。

总结

可调用对象是 C++11 中的一个非常强大的特性，我们可以使用函数指针、Lambda 表达式、仿函数或成员函数指针来创建可调用对象，并且可以将其作为函数参数或函数返回值使用，使代码更加灵活和高效。

我们在本文中介绍了可调用对象的概念和使用方法，并提供了两个示例来说明其使用场景和注意事项。希望本文能够帮助大家更好地理解和使用可调用对象。