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news 2025/10/4 18:32:56

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仿函数（Functors）

仿函数（Functors），又称函数对象（Function Objects），是在C++中重载了 operator() 的类或结构体实例。仿函数不仅可以像普通函数一样被调用，还能携带状态，提供更大的灵活性和功能性。

定义与使用

仿函数是通过定义一个类或结构体，并重载其调用运算符 operator() 来实现的。

#include <iostream>// 定义一个仿函数类
struct Adder {int to_add;// 构造函数Adder(int value) : to_add(value) {}// 重载()运算符int operator()(int x) const {return x + to_add;}
};int main() {Adder add5(5); // 创建一个添加5的仿函数std::cout << "10 + 5 = " << add5(10) << std::endl; // 输出: 10 + 5 = 15return 0;
}

特点

携带状态： 仿函数可以拥有内部状态，通过成员变量存储数据，使其在调用时具备上下文信息。
灵活性高： 可以根据需要添加更多的成员函数和变量，扩展功能。
性能优化： 编译器可以对仿函数进行优化，例如内联展开，提高执行效率。

高级示例

仿函数不仅可以执行简单的计算，还可以进行复杂的操作。例如，实现一个可变的仿函数，用于累加多个值。

#include <iostream>// 可变累加器仿函数
struct Accumulator {int sum;Accumulator() : sum(0) {}// 重载()运算符void operator()(int x) {sum += x;}
};int main() {Accumulator acc;acc(10);acc(20);acc(30);std::cout << "总和: " << acc.sum << std::endl; // 输出: 总和: 60return 0;
}

使用仿函数的标准库算法

许多标准库算法可以接受仿函数作为参数，使得算法的行为更加灵活和可定制。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>// 仿函数：判断一个数是否大于某个阈值
struct IsGreaterThan {int threshold;IsGreaterThan(int t) : threshold(t) {}bool operator()(int x) const {return x > threshold;}
};int main() {std::vector<int> numbers = {1, 5, 10, 15, 20};// 使用仿函数进行筛选IsGreaterThan greaterThan10(10);auto it = std::find_if(numbers.begin(), numbers.end(), greaterThan10);if(it != numbers.end()) {std::cout << "第一个大于10的数是: " << *it << std::endl; // 输出: 第一个大于10的数是: 15} else {std::cout << "没有找到大于10的数。" << std::endl;}return 0;
}

仿函数与模板

仿函数与模板相结合，可以实现高度通用和可复用的代码。例如，编写一个通用的比较仿函数。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>// 通用比较仿函数
template <typename T>
struct Compare {bool operator()(const T& a, const T& b) const {return a < b;}
};int main() {std::vector<int> numbers = {5, 2, 8, 1, 9};// 使用仿函数进行排序std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), Compare<int>());std::cout << "排序后的数字: ";for(auto num : numbers) {std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 5 8 9}std::cout << std::endl;return 0;
}

额外知识

仿函数的类型

#include <type_traits>
#include <iostream>struct F {int operator()(int) const {return 0;}
};int main() {F f;static_assert(!std::is_function<decltype(f)>::value);   // f不是函数static_assert(std::is_class<decltype(f)>::value);       // f是类static_assert(std::is_same<decltype(f), F>::value);     // f的类型是Fstd::cout << f(10) << std::endl;
}