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Abstract

Function Pointer(C)、Delegate(C#)和Function Object(C++)這三個其實是一樣的功能，所以在此一併討論。

Introduction

function pointer是C語言中最高級的機制，大概很多人還沒上到這裡已經學期末了，所以不少C語言工程師根本不知道C語言有function pointer；而C#的delegate大抵跟C語言的function pointer功能相同，所以很多書說delegate是物件導向的function pointer；C++的function object功能則比function pointer略強，還可配合泛型使用。

為什麼會需要function pointer、delegate、function object這種機制呢?源於一個很簡單的想法：『為什麼我們不能將function也如同變數一樣傳進另外一個function呢?』，C語言的解決方式是，利用pointer指向該function，將該pointer傳入另外一個function，只要將該pointer dereference後，就如同存取原function一樣。C#解決的方式是，將function包成delegate object，傳入另外一個function。C++的解決方式是，利用class或struct將function包成object，傳入另外一個function。

一個很簡單的需求，想個別列出陣列中，所有奇數、偶數、和大於2的數字，若使用傳統方式，而不使用function pointer，則寫法如下

 1

#include <iostream>

 2

 3

using  namespace std;

 4

 5

void printArrayOdd( int* beg,  int* end) 

{

 6  while(beg != end) {

 7    if ((*beg)%2)

 8      cout << *beg << endl;

 9      

10    beg++;

11  }

12}

13

14

void printArrayEven( int* beg,  int* end) 

{

15  while(beg != end) {

16    if (!((*beg)%2))

17      cout << *beg << endl;

18      

19    beg++;

20  }

21}

22

23

void printArrayGreaterThan2( int* beg,  int* end) 

{

24  while(beg != end) {

25    if ((*beg)>2)

26      cout << *beg << endl;

27      

28    beg++;

29  }

30}

31

32

int main() 

{

33  int ia[] = {1, 2, 3};

34  

35  cout << "Odd" << endl;

36  printArrayOdd(ia, ia + 3);

37

38  

39  cout << "Even" << endl;

40  printArrayEven(ia, ia + 3);

41  

42  cout << "Greater than 2" << endl;

43  printArrayGreaterThan2(ia, ia + 3);

44}

執行結果

Odd

1

3

Even

2

Greater than 2

3

以功能而言沒有問題，但每個function都要做迴圈與判斷，似乎重覆了，而且將來若有新的判斷，又要copy整個迴圈，然後改掉判斷式，若能將迴圈與判斷式分離，若日後有新的判斷式，只要將該判斷式傳進來即可，這就是function pointer概念。

使用C語言的Function Pointer

 1

/* 

 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com

 3

 4Filename    : FuntionPointer.cpp

 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++

 6Description : Demo how to use function pointer

 7Release     : 05/01/2007 1.0

 8*/

 9

#include <iostream>

10

11

using  namespace std;

12

13

typedef  bool (*predicate)( int);

14

15

bool isOdd( int i) 

{

16  return i%2? true : false;

17}

18

19

bool isEven( int i) 

{

20  return i%2? false : true;

21}

22

23

bool greaterThan2( int i) 

{

24  return i > 2;

25}

26

27

void printArray( int* beg,  int* end, predicate fn) 

{

28  while(beg != end) {

29    if ((*fn)(*beg))

30      cout << *beg << endl;

31      

32    beg++;

33  }

34}

35

36

int main() 

{

37  int ia[] = {1, 2, 3};

38  

39  cout << "Odd" << endl;

40  printArray(ia, ia + 3, isOdd);

41  

42  cout << "Even" << endl;

43  printArray(ia, ia + 3, isEven);

44  

45  cout << "Greater than 2" << endl;

46  printArray(ia, ia + 3, greaterThan2);

47}

執行結果

Odd

1

3

Even

2

Greater than 2

3

第13行

typedef  bool (*predicate)( int);

宣告了predicate這個function ponter型別，指向回傳值為bool，參數為int的function，值得注意的是(*predicate)一定要括號刮起來，否則compiler會以為是bool*，我承認這個語法很奇怪，但若仔細想想，若我是C語言發明者，我應該也是這樣定語法，因為也沒其他更好的語法了:D。 

這個範例將判斷式和迴圈分開，日後若有新的判斷式，只要新增判斷式即可，funtion pointer提供了一個型別，讓參數可以宣告function pointer型別

void printArray( int* beg,  int* end, predicate fn) 

{

如此我們就可以將function傳進另外一個fuction了。

使用C#的Delegate

C#是個物件導向的語言，為了提供類似function pointer的機制，提出了delegate概念，delegate英文是『委託、代表』，表示可以代表一個function，可以將delegate想成物件導向的function pointer。

 1

/* 

 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com

 3

 4Filename    : Delegate.cs

 5Compiler    : Visual Studio 2005 / C# 2.0

 6Description : Demo how to use delegate

 7Release     : 05/01/2007 1.0

 8*/

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10

using System;

11

12

class main 

{

13  public delegate bool predicate(int i);

14

15  public static bool isOdd(int i) {

16    return (i % 2) > 0? true : false;

17  }

18

19  public static bool isEven(int i) {

20    return ((i % 2) > 0? false : true);

21  }

22

23  public static bool greaterThan2(int i) {

24    return i > 2;

25  }

26

27  public static void printArray(int[] arr, int size, predicate fn) {

28    for(int i = 0; i != size; ++i) {

29      if (fn(arr[i])) 

30        Console.WriteLine(arr[i].ToString());

31    }

32  }

33

34  public static void Main() {

35    int[] ia = {1, 2, 3};

36    

37    Console.WriteLine("Odd");

38    printArray(ia, 3, new predicate(isOdd));

39

40    Console.WriteLine("Even");

41    printArray(ia, 3, new predicate(isEven));

42

43    Console.WriteLine("Greater than 2");

44    printArray(ia, 3, new predicate(greaterThan2));

45  }

46}

執行結果

Odd

1

3

Even

2

Greater than 2

3

整個C#程式和C語言程式幾乎是一對一對應，定義function pointer型別變成了13行

public  delegate  bool predicate( int i);

表示predicate是一個delegate型別，代表一個迴傳為bool，參數為int的function。

而原來宣告function pointer型態的參數，則改成delegate型態

   public  static  void printArray( int[] arr,  int size, predicate fn) 

{

使用C++的Function Object

function object也稱為functor，用class或struct都可以，因為function object是利用constructor和對operator()做overloading，而這些都是public的，所以大部分人就直接使用struct，可少打public:這幾個字。

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/* 

 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com

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 4Filename    : FuntionObject.cpp

 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++

 6Description : Demo how to use function object

 7Release     : 05/01/2007 1.0

 8*/

 9

#include <iostream>

10

11

using  namespace std;

12

13

template <typename T>

14

struct isOdd 

{

15  bool operator() (T i) {

16    return i%2? true : false;

17  }

18};

19

20

template <typename T>

21

struct isEven 

{

22  bool operator() (T i) {

23    return i%2? false : true;

24  }

25};

26

27

template <typename T>

28

struct greaterThan2 

{

29  bool operator() (T i) {

30    return i > 2;

31  }

32};

33

34

template <typename T>

35

struct greaterThanAny 

{

36  T _val;

37  greaterThanAny(T n) : _val(n) {}

38  bool operator() (T i) {

39    return i > _val;

40  }

41};

42

43

44

template <typename T, typename U>

45

void printArray(T beg, T end, U fn) 

{

46  while(beg != end) {

47    if (fn(*beg))

48      cout << *beg << endl;

49      

50    beg++;

51  }

52};

53

54

int main() 

{

55  int ia[] = {1, 2, 3};

56  

57  cout << "Odd" << endl;

58  printArray(ia, ia + 3, isOdd<int>());

59  

60  cout << "Even" << endl;

61  printArray(ia, ia + 3, isEven<int>());

62  

63  cout << "Greater than 2" << endl;

64  printArray(ia, ia + 3, greaterThan2<int>());

65  

66  cout << "Greater than any" << endl;

67  printArray(ia, ia + 3, greaterThanAny<int>(1));

68}

執行結果

Odd

1

3

Even

2

Greater than 2

3

Greater than any

2

3

13行

template <typename T>

struct isOdd 

{

  bool operator() (T i) {

    return i%2? true : false;

  }

};

使用了template，不過並非必要，只是顯示function object可以搭配template使用，而使用的技巧只是將function內的東西搬到operator()內。

34行

template <typename T>

struct greaterThanAny 

{

  T _val;

  greaterThanAny(T n) : _val(n) {}

  bool operator() (T i) {

    return i > _val;

  }

};

是function object優於function pointer和delegate之處，由C語言和C#的範例可知，我們只能寫一個greaterThan2()的判斷式，若今天需求改變成greaterThan3，則又得再寫一個判斷式了，但因為function object是透過struct和class，別忘了struct和class還有個constructor，所以能藉由constructor對class做初始化，因此才能寫出greaterThanAny()，大於多少只要當成constructor帶入即可，而operator()的寫法一樣不變。

Conclusion

C語言、C#、C++皆提供了『將函數傳到另外一個函數』的機制，function pointer和delegate相當類似，而funtion object則功能更強。這裡澄清一個觀念，很多人認為function object就是為了要使用STL的algorithm才使用，這是標準的錯誤觀念，這是果而非因，因為STL的algorithm使用了function object的方式，所以我們才去配合，並不是只用在這個地方，事實上，我們自己的也可以使用function object，而且其比function pointer優越之處就在於function object多了constructor，所以比function pointer彈性更大。

實務上會用在哪些地方呢?大概有三個地方，callback，multi-thread和event，我會另外開一個專文專講function object的應用。