仿函数和函数对象
1. 概念解读：什么是“函数”和“函数对象”？
核心概念一句话总结
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仿函数（Functor） = 函数对象（Function Object）
它们本质是一个对象（Object），但可以像函数（Function）一样被调用。
函数（Function）
就是我们平时写的用来完成某个任务的代码块，比如：
int add(int a, int b) {return a + b;
}
我们调用add(3, 4)就能得到结果7。
函数对象（Function Object）
看起来像“函数”，其实它是一个“对象”。它是通过定义一个类，并在这个类中实现了operator()（“调用操作符”）的方法，变成了可以像函数一样用的“对象”。
为什么要用它？因为它可以存储状态（成员变量）、可以传递给算法、还可以定制行为，比普通的函数更灵活。
2. 仿函数（Function Object）到底是什么？
为什么需要仿函数？
假设你有一个需求：需要让一个“东西”既能保存数据，又能像函数一样执行操作。
用普通函数无法保存数据，但对象可以！这就是仿函数的意义。
仿函数如何工作？
在代码中，仿函数通过重载 operator() 实现。
生活中的例子：
想象你有一个智能咖啡机（对象）：
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它可以记住你喜欢的咖啡温度（保存状态）。
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你按下按钮（调用函数），它会按照你设置的温度制作咖啡。
这里的咖啡机就是一个“仿函数”——既是对象，又能执行操作（做咖啡）。
“仿函数”其实就是“模拟函数行为的对象”。
比喻：
假如你想让一个“机器人”帮你做事情，比如帮你加两个数字。普通函数就是固定写好的程序。而仿函数，就是你“训练”这个机器人（定义一个类），“让”它记住一些规则（成员变量），当你“调用”它的时候（用operator()）就能执行任务。
3. 详细讲解：如何定义一个仿函数（函数对象）
步骤一：定义类
类里面实现operator()。这个操作符可以让对象像函数一样被调用。
示例：定义一个加法器的仿函数
struct Add {int operator()(int a, int b) {return a + b;}
};
使用：
Add add; // 创建对象
int result = add(3, 4); // 调用像函数一样
// result的值为7
注意：
operator()可以带参数- 它可以返回任何类型
- 你可以给这个类添加成员变量，让行为变得更复杂
4. 更复杂的例子：带状态的仿函数
假如你想创建一个可以设置“加法偏移量”的函数对象（带状态）：
struct AddOffset {int offset; // 成员变量，存偏移量AddOffset(int off) : offset(off) {} // 构造函数初始化int operator()(int a) {return a + offset;}
};
用法：
AddOffset addFive(5); // 创建一个偏移为5的加法器
int result = addFive(10); // 返回15
这就是带状态的仿函数：对象“记住”了偏移量。
5. 为什么用仿函数（函数对象）？
优势一：可以存储状态
不像普通函数，仿函数可以有成员变量，用来存储和维护状态。
优势二：可以作为模板参数
在STL里的算法sort()、for_each()等，很多都接受函数对象作为参数，可以自定义行为。
优势三：性能优化
编译器可以进行更好的优化，比如内联（inline），避免函数调用的额外开销。
优势四：灵活和扩展性强
你可以定义不同的行为，只需要定义对应的仿函数类，然后传进去。
6. 仿函数和函数指针的比较
| 特性 | 函数指针 | 仿函数（函数对象） |
|---|---|---|
| 形态 | 直接指向一段代码 | 类的实例，重载了operator() |
| 状态存储 | 无 | 可以存储状态（成员变量） |
| 灵活性 | 不方便携带参数或状态 | 高，灵活，可以有成员变量和多重行为 |
| 性能 | 一般略差 | 可以内联优化（通常更快） |
| 传递方式 | 只能用函数名或指针传递 | 可以直接传递对象，支持模板化和策略设计 |
7. 举几个常用的C++标准库中的仿函数例子
std::plus：做加法std::minus：做减法std::greater：大于std::less：小于std::negate：取反（负号）
均是模板形式的仿函数，可以直接用，也可以自己定义。
8. 简单总结：仿函数的要点
- 仿函数其实是一个可以像函数一样调用的对象（类重载
operator()） - 可以存储状态，表现出不同的行为
- 在STL中广泛使用，尤其是在算法中（
sort、find_if、for_each） - 好比“带有大脑和记忆的工具”，比普通函数更灵活
9. 一个通俗比喻总结
想象你买了一个“多功能机器人”。
- 普通函数：它只能帮你做固定任务（比如帮你加个数字）
- 仿函数（函数对象）：你可以“编程”给它不同的规则，比如：帮我加偏移、帮我乘以某个系数，甚至可以记住你的偏好。
- 好处：你可以随时让这个机器人“变脸”或“拥有记忆”，而不用制作不同的机器人。
10. 结尾鼓励
仿函数听起来很“专业”，但其实就是：定义一个“带行为的对象”，通过重载operator()让它像“具备智能的函数”，灵活、高效、强大！掌握它，能让你的C++程序更优雅、更有“策略思想”。
仿函数 vs 普通函数
| 特性 | 普通函数 | 仿函数 |
|---|---|---|
| 保存状态 | ❌ 不能 | ✅ 能（成员变量） |
| 可携带数据 | ❌ 不能 | ✅ 能（构造函数传入） |
| 作为模板参数 | ❌ 不能直接传递 | ✅ 能（类型作为参数） |
| 运行时灵活性 | ❌ 固定逻辑 | ✅ 可通过不同对象变逻辑 |
示例场景：
假设你需要对数组中的每个元素做不同的操作：
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用函数：需要写多个函数（如
add2,add5,add10）。 -
用仿函数：只需一个
Adder类，创建不同对象即可（Adder(2),Adder(5)）。
仿函数在STL中的经典应用
STL（标准模板库）中的算法（如 sort, transform）大量使用仿函数。
仿函数与Lambda表达式的关系
Lambda表达式本质是匿名仿函数！编译器会将Lambda转换为一个匿名的仿函数类。
Lambda示例：
cpp
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auto add5 = [n=5](int x) { return x + n; };
cout << add5(3); // 输出8
编译器生成的等效代码：
cpp
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class __AnonymousLambda {
public:__AnonymousLambda(int n) : n_(n) {}int operator()(int x) const { return x + n_; }
private:int n_;
};auto add5 = __AnonymousLambda(5);
总结：何时使用仿函数？
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需要保存状态：比如计数器、缓存数据。
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需要多种行为变体：通过不同的对象实现不同逻辑。
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模板编程需求：类型可以作为模板参数传递。
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性能优化：仿函数比函数指针更容易被编译器内联优化。
仿函数的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 可携带状态，灵活性高 | 代码稍显冗长（需定义类） |
| 类型安全，适合模板元编程 | 简单的逻辑可能过度设计 |
| 性能高（编译器易优化） | |
| 与STL算法无缝结合 |