【C++】関数オブジェクト（ファンクタ）とは？()演算子オーバーロードの使い方

はじめに

C++のstd::sortのような標準アルゴリズムは、ソートの順序などをカスタマイズするために、比較ルールを引数として受け取ることができます。この「ルール」を渡す方法の一つが、**関数オブジェクト（ファンクタ）**です。

関数オブジェクトは、()演算子をオーバーロードしたクラスや構造体です。これにより、そのクラスから生成したオブジェクトを、my_object(arg1, arg2) のように、あたかも関数であるかのように呼び出すことができます。

状態（メンバ変数）を保持できるという点で、通常の関数ポインタよりも柔軟な処理を記述できます。この記事では、std::sortの比較ルールを関数オブジェクトで定義する、最も代表的な使い方を解説します。

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関数オブジェクトを使ったサンプルコード

このコードは、Product（商品）のvectorを、「ID順（昇順）」と「価格順（降順）」という2つの異なるルールでソートします。それぞれのルールを、個別の関数オブジェクトとして定義します。

完成コード

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm> // sort

using namespace std;

// ソート対象のデータ構造
struct Product {
    int id;
    string name;
    int price;
};

// --- 1. IDで比較するための関数オブジェクト ---
struct CompareById {
    // ()演算子をオーバーロード
    bool operator()(const Product& a, const Product& b) const {
        return a.id < b.id; // IDの昇順で比較
    }
};

// --- 2. 価格で比較するための関数オブジェクト ---
struct CompareByPriceDescending {
    bool operator()(const Product& a, const Product& b) const {
        return a.price > b.price; // 価格の降順で比較
    }
};

int main() {
    vector<Product> products = {
        {102, "みかん", 80},
        {101, "りんご", 120},
        {103, "ぶどう", 250}
    };
    
    // --- ID順でソート ---
    // CompareByIdのオブジェクトをsortの第3引数に渡す
    sort(products.begin(), products.end(), CompareById{});
    
    cout << "--- ID順ソート結果 ---" << endl;
    for (const auto& p : products) {
        cout << "ID:" << p.id << ", 価格:" << p.price << endl;
    }

    // --- 価格の降順でソート ---
    // CompareByPriceDescendingのオブジェクトをsortの第3引数に渡す
    sort(products.begin(), products.end(), CompareByPriceDescending{});

    cout << "\n--- 価格順(降順)ソート結果 ---" << endl;
    for (const auto& p : products) {
        cout << "ID:" << p.id << ", 価格:" << p.price << endl;
    }
    
    return 0;
}

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コードの解説

struct CompareById { ... };

これが関数オブジェクト（ファンクタ）です。

• bool operator()(const Product& a, const Product& b) const: このクラスの関数呼び出し演算子 () をオーバーロードしています。std::sortは、比較が必要になるたびに、この () 演算子を2つのProductオブジェクトを引数として呼び出します。
• constメンバ関数にすることで、このオブジェクトが状態を変更しないことを示しています。
• 戻り値: a が b よりも「前に来るべき」場合に true を返すように実装します。

sort(products.begin(), products.end(), CompareById{});

std::sortの第3引数には、比較処理を行う「呼び出し可能オブジェクト」を渡すことができます。

• CompareById{}: ここで、CompareByIdクラスの一時的なオブジェクトを生成し、sort関数に渡しています。sortアルゴリズムは、内部でこのオブジェクトの()演算子を繰り返し呼び出して、要素の順序を決定します。

ラムダ式との関係

C++11以降では、このような単純な関数オブジェクトは、ラムダ式でより簡潔に記述できます。

// CompareById と同じ意味のラムダ式
sort(products.begin(), products.end(), [](const Product& a, const Product& b){
    return a.id < b.id;
});

ラムダ式は、実はコンパイラが裏側で、この例のようなユニークな名前を持つ関数オブジェクトを自動生成している、と考えることができます。

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まとめ

今回は、関数のように振る舞うオブジェクトである「関数オブジェクト（ファンクタ）」について解説しました。

• ()演算子をオーバーロードしたクラスや構造体のこと。
• 状態（メンバ変数）を保持できるため、単純な関数ポインタよりも柔軟。
• std::sort などの標準アルゴリズムに、カスタムの振る舞いを渡すための強力な手段。

ラムダ式が主流となった現代C++では、自前で単純な関数オブジェクトを定義する機会は減りましたが、その仕組みを理解しておくことは、C++のSTL（標準テンプレートライブラリ）や、より高度なプログラミングを深く理解する上で非常に重要です。