函式物件完整指南：從基本定義到 STL 謂詞與樣板化實戰

什麼是函式物件？

函式物件（Function Object，又稱 Functor）是重載 operator() 的類別實例。語法上像函式，實為物件，兼具狀態保存與內聯優化優勢。

基本定義與使用

class Negate {
public:
    int operator()(int n) { return -n; }  // 重載 ()
};

void Callback(int n, Negate& neg) {
    int val = neg(n);  // 像呼叫函式，實為 neg.operator()(n)
    std::cout << val;
}

int main() {
    Callback(5, Negate());  // 輸出 -5，傳遞臨時物件
}

• 第一個 () 為運算子名稱（固定空），第二個為參數列。
• 可接受任意參數數量（不同於其他運算子固定參數數）。
• 無需建構/解構函式，建立/銷毀零開銷。
• 編譯器可內聯 operator()，消除呼叫開銷（函式指標幾乎無法內聯）。

狀態保存優勢：超越函式指標

函式物件可擁有資料成員，儲存先前呼叫結果或配置狀態：

class Accumulator {
    int sum_ = 0;
public:
    int operator()(int n) { return sum_ += n; }
};

Accumulator acc;
acc(10);  // 10
acc(20);  // 30
acc(5);   // 35

以函式指標實現需用全域/靜態變數，帶來執行緒安全、封裝性差等問題。

樣板化函式物件：型別通用性

class GenericNegate {
public:
    template 
    T operator()(T t) const { return -t; }
};

int main() {
    GenericNegate neg;
    std::cout << neg(5.3333);        // double: -5.3333
    std::cout << neg(10000000000i64); // __int64
}

單一函式物件支援任意可取負運算的型別，函式指標難以達到同等彈性。

STL 內建函式物件：<functional> 謂詞

標準庫提供常用函式物件，可直接用於算法：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector vi = {5, 2, 8, 1, 9};
    std::sort(vi.begin(), vi.end(), std::greater()); // 降序：9 8 5 2 1
    std::sort(vi.begin(), vi.end(), std::less());    // 升序：1 2 5 8 9
}

• std::greater、std::less：二元謂詞，回傳 bool。
• 其他：equal_to, not_equal_to, logical_and, plus, multiplies 等。
• 可配合 std::bind、std::not1 組合出複雜條件。

函式物件 vs 函式指標 vs Lambda (C++11)

總結

函式物件是 C++ 「物件即函式」哲學的體現。它以類別封裝狀態、運算子重載實現呼叫語法、樣板實現型別通用、內聯優化效能，完美契合 STL 算法框架。雖然 C++11 Lambda 大幅簡化短小邏輯撰寫，但函式物件在複雜狀態管理、可重用策略封裝、編譯期型別計算等場景仍具不可替代價值。