関数オブジェクトとラムダ式

Q: Q： auto [ラムダ型]を[導出]できますか？

A：ラムダ型は[唯一の匿名]型であり、autoによる[導出]に[限定]され、[具体的な]型を[記述]することはできません。

Q: Q：[いつ使うのか] std::function ？

A：[functionobjectを][保存]する必要がある場合（[メンバー変数として]、[戻り値として]など）、std::functionを使います。

[第]37[課では]iteratorについて学びました。

[今]、[私たちは]STLアルゴリズムの「[真髄]」――functionobject――を学びます。

アルゴリズム[は骨組み]であり、関数オブジェクト[は肉と血]である。[この両者が組み合わさって]初めて、STL[の真の威力を発揮]することができる。

1. functionobject[概要]

(1) 1.1 functionobjectとは何か？

関数オブジェクト（ファンクタ）[とは][関数][のように呼び出すことができる]オブジェクトのことである。

[3種類の]functionobject：

関数ポインタ
functionobjectclass（オーバーロード operator()）
Lambda[式]（C++11）

(2) 1.2 なぜ functionobject が必要なのか？

STLアルゴリズムは[はい][汎用的な]ものですが、[具体的な操作][は要件によって異なります]。functionobjectを使えば、[操作をカスタマイズ]することができます。

[生活]クラス[比]：

アルゴリズム = [洗濯機]（[汎用]）
functionobject = [洗濯用液体洗剤]（[カスタム]：[爽やかな香りタイプ]/[強力タイプ]/[しなやかタイプ]）

2. 関数ポインタ

基本的な使い方

例：[用]関数ポインタ[カスタムソート] (難易度 ⭐⭐)

▶ サンプル 2: STLコンテナ[使用] (難易度 ⭐)

CPP

#include iostream
#include vector
#include algorithm

// ...
bool compareDesc(int a, int b) {
 return a > b; // ...
}

int main() {
 std::vectorint v = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
 
 // ...
 std::sort(v.begin(), v.end(), compareDesc);
 
 for (int x : v) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

▶ 試してみよう

[実行結果]：

TEXT

9 6 5 4 3 2 2 1 1

💡 ヒント：

関数ポインタ［は］C［言語の遺産］であり、C++では［より推奨される］関数オブジェクト［または］ラムダ式

3. 関数・オブジェクト・クラス

(1) 3.1 functionobjectclass とは何か？

functionobjectclass[は]オーバーロードされたoperator()[の]classであり、[その]インスタンスは[関数][のように呼び出すことができる]。

例：[カスタムコンパレータ] (難易度 ⭐⭐)

CPP

#include iostream
#include vector
#include algorithm
#include string

//：
struct CompareByLength {
 bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {
 return a.length() < b.length();
 }
};

int main() {
 std::vectorstd::string words = {"apple", "banana", "cat", "dog"};
 
 // ...
 std::sort(words.begin(), words.end(), CompareByLength());
 
 for (const auto& w : words) {
 std::cout << w << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

[実行結果]：

TEXT

cat dog apple banana

(2) 3.2 functionobject[の利点]

[比較]	関数ポインタ	関数オブジェクトクラス
[状態]	[状態なし]	[状態あり]（メンバー変数）
パフォーマンス	[インライン化できない可能性がある]	[インライン化可能]、[高速]
[柔軟性]	[低]	[高]（[テンプレート化]可能）

(3) 3.3 [状態を持つ]functionobject

例：[カウンター]functionobject (難易度 ⭐⭐⭐)

CPP

#include iostream
#include algorithm
#include vector

//：
struct Counter {
 int threshold; // （）
 
 Counter(int t) : threshold(t) {}
 
 bool operator()(int x) const {
 return x > threshold; // threshold
 }
};

int main() {
 std::vectorint v = {1, 5, 10, 15, 20};
 
 //，10
 Counter counter(10);
 
 // 10
 int count = std::count_if(v.begin(), v.end(), counter);
 
 std::cout << "10：" << count << std::endl; // output：2
 
 return 0;
}

4. Lambda[式]

(1) 4.1 ラムダとは何か？

Lambda[式]は、C++11で導入された[匿名]関数であり、関数が必要な場所で直接定義することができます。

[基本構文]：

CPP

[capture](parameters) -> return_type { body }

[一部]	[説明]
`capture`	[キャプチャリスト]（[外部キャプチャ]変数）
`parameters`	[パラメータ一覧]
`return_type`	[戻る]タイプ（[省略可]）
`body`	関数本体

(2) 4.2 [基本]例

例：Lambda[ソート] (難易度 ⭐)

CPP

#include iostream
#include vector
#include algorithm

int main() {
 std::vectorint v = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
 
 // Lambda（）
 std::sort(v.begin(), v.end(), (int a, int b) {
 return a > b;
 });
 
 for (int x : v) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

(3) 4.3 [キャプチャリスト]

[キャプチャリスト][決定]Lambda[がアクセスできる外部]変数。

[取得方法]	[説明]
``	[変数を一切取得しない]
`[x]`	[按]value[捕獲]x
`[&x]`	[参照] [キャプチャ] x
`[=]`	[按]value[すべての変数を取得]
`[&]`	[参照] [すべて取得] 変数
`[this]`	[キャプチャ]thispointer（[クラス内での]使用）

例：[状態を持つ]Lambda (難易度 ⭐⭐)

CPP

#include iostream
#include vector
#include algorithm

int main() {
 std::vectorint v = {1, 5, 10, 15, 20};
 int threshold = 10;
 
 // threshold
 int count = std::count_if(v.begin(), v.end(),
 [threshold](int x) {
 return x > threshold;
 });
 
 std::cout << "..." << threshold << "：" << count << std::endl;
 
 return 0;
}

5. STL[事前定義]functionobject

(1) 5.1 [算術]関数オブジェクト

functional ヘッダーファイルには、[よく使われる]関数オブジェクトが提供されています：

関数オブジェクト	[機能]	例
`std::plusT`	[加法]	`std::plusint()`
`std::minusT`	[減法]	`std::minusint()`
`std::multipliesT`	[乗法]	`std::multipliesint()`
`std::dividesT`	[除法]	`std::dividesint()`
`std::negateT`	[負の値]	`std::negateint()`

例：[用]multiplies[倍増] (難易度 ⭐)

CPP

#include iostream
#include vector
#include algorithm
#include functional

int main() {
 std::vectorint v = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 // ...
 std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
 std::bind(std::multipliesint(), std::placeholders::_1, 2));
 
 for (int x : v) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

(2) 5.2 [比較]functionobject

関数オブジェクト	[機能]
`std::equal_toT`	[等于]
`std::not_equal_toT`	[等しくない]
`std::greaterT`	[大于]
`std::lessT`	[小于]
`std::greater_equalT`	[以上]
`std::less_equalT`	[以下]

(3) 5.3 [論理]functionobject

関数オブジェクト	[機能]
`std::logical_andT`	[論理積]
`std::logical_orT`	[論理和]
`std::logical_notT`	[論理否定]

6. [総合]例

▶ サンプル 1: [成績処理プログラム] (難易度 ⭐⭐⭐)

CPP

#include iostream
#include vector
#include algorithm
#include functional

struct Student {
 std::string name;
 int score;
};

int main() {
 std::vectorStudent students = {
 {"...", 85},
 {"...", 92},
 {"...", 78}
 };
 
 // 1. bysorting
 std::sort(students.begin(), students.end(),
 (const Student& a, const Student& b) {
 return a.score > b.score;
 });
 
 // 2.
 auto max_it = std::max_element(students.begin(), students.end(),
 (const Student& a, const Student& b) {
 return a.score < b.score;
 });
 
 std::cout << "points：" << max_it->name << " " << max_it->score << std::endl;
 
 // 3.
 int passed = std::count_if(students.begin(), students.end(),
 (const Student& s) {
 return s.score >= 60;
 });
 
 std::cout << "：" << passed << std::endl;
 
 return 0;
}

▶ 試してみよう

❓ よくある質問

Q：ラムダ式と関数オブジェクト・クラス、どちらが良いですか？ A：- [単純な処理] → ラムダ式（コードが簡潔） - [複雑な処理]／[再利用が必要な場合] → 関数オブジェクト・クラス（保守性が高い）

Q：auto [ラムダ型]を[導出]できますか？ A：ラムダ型は[唯一の匿名]型であり、autoによる[導出]に[限定]され、[具体的な]型を[記述]することはできません。

CPP

auto func = (int x) { return x * 2; };
// std::function<int(int)> func = ... //，

Q：[いつ使うのか] std::function？ A：[functionobjectを][保存]する必要がある場合（[メンバー変数として]、[戻り値として]など）、std::functionを使います。

📖 まとめ

[知識ポイント]	[要点]
関数ポインタ	[シンプルだが機能は限定的]
関数・オブジェクト・クラス	[カスタマイズ可能な操作]，[状態を持つことができる]
Lambda	[匿名]関数，[簡潔かつ強力]
[事前定義]関数オブジェクト	`std::plus`[など]，`functional`[内]
[キャプチャリスト]	Lambda[外部変数へのアクセス方法]

📝 練習問題

**初心者（難易度 ⭐）：[function（operator() をオーバーロードしたクラス）を模倣して作成し]、[「2つの整数の大きさを比較する」機能を実装し]、[std::sort を使ってテストする]。
**中級（難易度 ⭐⭐）：[std::function を使用して] 異なる型の呼び出し可能なオブジェクト（[通常の]関数、ラムダ式、[擬似]関数）を[一元的に呼び出す]。
**上級（難易度 ⭐⭐⭐）：[std::bind を使用して] [一部の引数をバインドし]、[新しい呼び出し可能なオブジェクトを生成する]。[「引数の事前設定」] を行う [関数アダプタ] を実装する。

functionobject（[擬似]関数）：operator() をオーバーロードする [クラス]
関数オブジェクト［状態の保存が可能］、［通常の］関数［不可］
std::function：type[削除された呼び出し可能ラッパー]
bind [一部のパラメータをバインドして新しい呼び出し可能なオブジェクトを生成]object
ラムダ [は] 関数オブジェクト [の構文糖]

[次のレッスン]：STL[アダプタ]（#39）

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