**函数对象**（function object）是一个程序设计的对象允许被当作普通函数来调用。 

函数对象与函数指针相比，有两个优点：第一是编译器可以内联执行函数对象的调用；第二是函数对象内部可以保持状态。 

函数式程序设计语言还支持闭包，例如，first-class函数支持在其创建时用到的函数外定义的变量的值保持下来，成为一个函数闭包。

C++函数对象的实例
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传统的C/C++函数指针：

```
#include <stdlib.h>

/\* Callback function, returns < 0 if a < b, > 0 if a > b, 0 if a == b \*/
int compareInts(const void\* a, const void\* b)
{
 return \*(const int \*)a - \*(const int \*)b;
}
...
// prototype of qsort is
// void qsort(void \*base, size\_t nel, size\_t width, int (\*compar)(const void \*, const void \*));
...
int main(void)
{
 int items[] = { 4, 3, 1, 2 };
 qsort(items, sizeof(items) / sizeof(items[0]), sizeof(items[0]), compareInts);
 return 0;
}

```

C++中，函数对象是定义了*函数调用运算符*的类对象，称作*class type functor*。

```
// comparator predicate: returns true if a < b, false otherwise
struct IntComparator
{
 bool operator()(const int &a, const int &b) const
 {
 return a < b;
 }
};
...
// An overload of std::sort is:
template <class RandomIt, class Compare>
void sort(RandomIt first, RandomIt last, Compare comp);
...
int main()
{
 std::vector<int> items { 4, 3, 1, 2 };
 std::sort(items.begin(), items.end(), IntComparator());
 return 0;
}

```

除了类类型函数对象，还有其他类型的函数对象，如使用成员函数指针或模板。C++11允许使用具有闭包功能的匿名函数。

C++ STL中的函数对象
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C++的STL中的众多algorithm，非常依赖于函数对象处理容器的元素。因此，STL预定义了许多函数对象、谓词（predicate）、以及用于复合（composite）函数对象的binder、member function adapter、 pointer to function adapters、 negaters、 function objects base structure。由于STL中的algorithm使用函数对象作为参数时，一般都是传值调用，所以函数对象应该仔细设计其*复制构造函数*。

### 预定义的函数对象

C++98在头文件functional中定义了下述函数对象:
plus<type>() 结果为(param1 + param2)
minus<type>() 结果为(param1 - param2)
multiplies<type>() 结果为(param1 \* param2)
divides<type>() 结果为(param1 / param2)
modulus<type>() 结果为(param1 % param2)

### 谓词（predicate）

返回布尔值（或者可以隐式转换为布尔值）的函数对象。用于STL中的algorithm时，谓词应该是无状态的（ stateless）函数对象，即谓词的结果不依赖于内部的数据成员。这是因为STL中的algorithm不保证内部实现时对传入的谓词要复制多少次。
C++98在头文件functional中定义了下述谓词:

* equal\_to<type>() 结果为(param1 == param2)
* not\_equal\_to<type>() 结果为(param1 != param2)
* less<type>() 结果为 (param1 < param2)
* greater<type>() 结果为(param1 > param2)
* less\_equal<type>() 结果为 (param1 <= param2)
* greater\_equal<type>() 结果为 (param1 >= param2)
* logical\_not<type>() 结果为 (!param1)
* logical\_and<type>() 结果为 (param1 && param2)
* logical\_or<type>() 结果为 (param1 || param2)

### Function Adapter

用于组合（combine）、变换（transform）、操作（manipulate）函数对象、特定参数值、或者特定函数。进一步细分为：

#### Binder

C++98在头文件functional中定义了两个函数bind1st与bind2nd，返回值为binder1st、binder2nd类型。用于把二元函数对象分别绑定第一个、第二个参数后成为单元函数对象。

#### Negater

negate把一个作为谓词的函数对象取反。C++98在头文件functional中定义了两个函数not1与not2，返回值为unary\_negate、binary\_negate类型。

#### Member function adapter

Member function adapter用于把类的成员函数用作STL中的algorithm的参数。C++98在头文件functional中定义了:

* 函数mem\_fun，返回值为mem\_fun\_t类型，用于通过一个类对象指针来调用成员函数指针。
* 函数mem\_fun\_ref，返回值为mem\_fun\_ref\_t类型，用于通过一个类对象引用来调用成员函数指针。

#### Pointer to function adapter

**函数指针适配器**（Pointer to function adapter）是把函数指针包装为一个函数对象，以便STL中的algorithm用函数对象作为统一的参数类型，不用再考虑以函数指针作为传入参数的情形。C++98在头文件functional中定义了:

* 函数ptr\_fun，返回值为pointer\_to\_unary\_function类型，包装了一个单参数的函数指针。
* 重载函数ptr\_fun，返回值为pointer\_to\_binary\_function类型，包装了一个双参数的函数指针。

### Function Object Base

函数对象基类（Function Object Base）定义在头文件functional中，用作STL的预定义的与函数对象有关的各个类的基类，其中定义了几个类型，分别表示函数调用的各个参数类型、结果类型。

* unary\_function类，定义了2个类型：argument\_type、result\_type；
* binary\_function类，定义了3个类型：first\_argument\_type、second\_argument\_type、result\_type；

Python
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Python程序设计中，函数是作为头等对象（first-class object），可以如同普通的字符串、数值、list等对象那样操作。这使得大部分编写函数对象都是不必须的。

任何对象定义了`__call__()`方法，就具有了可以当作函数调用的语法。例如下面的做累加的类

```
class Accumulator(object):
    def \_\_init\_\_(self, n):
        self.n = n
    def \_\_call\_\_(self, x):
        self.n += x
        return self.n

```

一个使用例子：

```
 >>> a = Accumulator(4)
 >>> a(5)
 9
 >>> a(2)
 11
 >>> b = Accumulator(42)
 >>> b(7)
 49
```

因为函数就是对象，可当作局部变量定义、确定其属性（内部状态）、作为别的函数的返回值。例如:

```
def Accumulator(n):
    def inc(x):
        inc.n += x
        return inc.n
    inc.n = n
    return inc

```

Python 3中，可以用函数闭包来创建函数对象：

```
def Accumulator(n):
    def inc(x):
        nonlocal n
        n += x
        return n
    return inc

```

参考文献
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1. ↑  33.15: What's the difference between a functionoid and a functor? 的存檔，存档日期2004-10-13.
2. ↑ .  [2013-08-03]. （原始内容存档于2020-11-09）.
3. ↑ .  [2013-08-03]. （原始内容存档于2020-12-15）.

进一步阅读
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* David Vandevoorde & Nicolai M Josuttis (2006). *C++ Templates: The Complete Guide*, ISBN 0-201-73484-2: Specifically, chapter 22 is devoted to function objects.

外部链接
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* Function Objects (STL) by Gabriel&Andreas Fleseriu&Masur on February 22nd, 2006 （页面存档备份，存于）
* Description from the Portland Pattern Repository（页面存档备份，存于）
* C++ Advanced Design Issues - Asynchronous C++ （页面存档备份，存于） by Kevlin Henney
* The Function Pointer Tutorials （页面存档备份，存于） by Lars Haendel (2000/2001)
* Article "Generalized Function Pointers" by Herb Sutter
* Generic Algorithms for Java （页面存档备份，存于）
* PHP Functors - Function Objects in PHP
* What the heck is a functionoid, and why would I use one? (C++ FAQ)