C++ 仿函数

1. 仿函数的基本用法

仿函数是一个类或结构体对象，它通过重载函数调用运算符 operator()，使得该对象可以像普通函数一样被调用。

​示例1：实现一个加法器

class Adder {
public:
    Adder(int num) : num_(num) {}  // 构造函数保存状态（加数）
    
    // 重载 operator()，执行加法
    int operator()(int x) const {
        return x + num_;
    }

private:
    int num_;
};

int main() {
    Adder add5(5);       // 创建一个加5的仿函数
    std::cout << add5(10); // 输出 15（等价于 add5.operator()(10)）
    return 0;
}

说明：

• Adder 类的对象 add5 保存了状态 num_ = 5。
• 调用 add5(10) 时，实际上是调用 operator()(10)，实现了 10 + 5。

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​2. 仿函数与STL算法

​示例2：用仿函数自定义排序规则

// 仿函数：按字符串长度排序
class CompareLength {
public:
    bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {
        return a.size() < b.size();
    }
};

int main() {
    std::vector<std::string> words = {"apple", "banana", "cherry", "date"};
    
    // 使用仿函数作为排序规则
    std::sort(words.begin(), words.end(), CompareLength());
    
    // 输出排序结果：date apple banana cherry
    for (const auto& word : words) {
        std::cout << word << " ";
    }
    return 0;
}

说明：

• CompareLength 的 operator() 接受两个字符串，比较它们的长度。
• std::sort 通过仿函数对象实现自定义排序。

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​3. 仿函数保存复杂状态

​示例3：统计函数调用次数

class Counter {
public:
    Counter() : count_(0) {}
    
    void operator()(int x) {
        std::cout << x << " ";
        count_++;
    }
    
    int getCount() const { return count_; }

private:
    int count_;
};

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    Counter counter;
    
    // 遍历容器并统计元素个数
    std::for_each(nums.begin(), nums.end(), counter);
    
    std::cout << "\nCount: " << counter.getCount(); // 输出 Count: 5
    return 0;
}

说明：

• Counter 的仿函数在每次调用时递增计数器，实现状态保存。

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​4. 仿函数与模板结合

​示例4：泛型乘法器

template <typename T>
class Multiplier {
public:
    Multiplier(T factor) : factor_(factor) {}
    
    T operator()(T x) const {
        return x * factor_;
    }

private:
    T factor_;
};

int main() {
    Multiplier<int> times3(3);
    std::cout << times3(4);  // 输出 12

    Multiplier<double> times2_5(2.5);
    std::cout << times2_5(4.0); // 输出 10.0
    return 0;
}

说明：

• 模板仿函数可以处理任意类型（如 int 或 double）。

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​总结

• ​仿函数的优势：
  • 可保存状态（通过成员变量）。
  • 支持模板和复杂逻辑。
  • 与STL算法无缝配合（如 std::sort, std::transform）。
• ​适用场景：
  • 需要复用或模板化的函数逻辑。
  • 需要保存多次调用之间的状态。
  • 替代C风格函数指针，提升安全性和性能。