什么是仿函数？

转自：https://blog.csdn.net/K346K346/article/details/82818801

1.为什么要有仿函数

我们先从一个非常简单的问题入手，来了解为什么要有仿函数。假设我们现在有一个数组，数组中存有任意数量的数字，我们希望能够统计出这个数组中大于 10 的数字的数量，你的代码很可能是这样的：

#include <iostream>
using namespace std;

int RecallFunc(int *start, int *end, bool (*pf)(int))
{
    int count=0;
    for(int *i=start;i!=end+1;i++)
    {
        count = pf(*i) ? count+1 : count;
    }
    return count;
}

bool IsGreaterThanTen(int num)
{
    return num>10 ? true : false;
}

int main()
{
    int a[5] = {10,100,11,5,19};
    int result = RecallFunc(a,a+4,IsGreaterThanTen);
    cout<<result<<endl;
    return 0;
}

RecallFunc() 函数的第三个参数是一个函数指针，用于外部调用，而 IsGreaterThanTen() 函数通常也是外部已经定义好的，它只接受一个参数的函数。如果此时希望将判定的阈值也作为一个变量传入，变为如下函数就不可行了：

bool IsGreaterThanThreshold(int num, int threshold) 
{
    return num>threshold ? true : false;
}

虽然这个函数看起来比前面一个版本更具有一般性，但是它不能满足已经定义好的函数指针参数的要求，因为函数指针参数的类型是bool (*)(int)，与函数bool IsGreaterThanThreshold(int num, int threshold)的类型不相符。如果一定要完成这个任务，按照以往的经验，我们可以考虑如下可能途径：
（1）阈值作为函数的局部变量。局部变量不能在函数调用中传递，故不可行；
（2）函数传参。这种方法我们已经讨论过了，多个参数不适用于已定义好的 RecallFunc() 函数。
（3）全局变量。我们可以将阈值设置成一个全局变量。这种方法虽然可行，但是不优雅，且非常容易引入 Bug，比如全局变量容易同名，造成命名空间污染。

那么有什么好的处理方法呢？仿函数应运而生。

2.仿函数的定义
仿函数（Functor）又称为函数对象（Function Object）是一个能行使函数功能的类。仿函数的语法几乎和我们普通的函数调用一样，不过作为仿函数的类，都必须重载 operator() 运算符。因为调用仿函数，实际上就是通过类对象调用重载后的 operator() 运算符。

如果编程者要将某种“操作”当做算法的参数，一般有两种方法：
（1）一个办法就是先将该“操作”设计为一个函数，再将函数指针当做算法的一个参数。上面的实例就是该做法；
（2）将该“操作”设计为一个仿函数（就语言层面而言是个 class），再以该仿函数产生一个对象，并以此对象作为算法的一个参数。

很明显第二种方法会更优秀，因为第一种方法扩展性较差，当函数参数有所变化，则无法兼容旧的代码，具体在第一小节已经阐述。正如上面的例子，在我们写代码时有时会发现有些功能代码，会不断地被使用。为了复用这些代码，实现为一个公共的函数是一个解决方法。不过函数用到的一些变量，可能是公共的全局变量。引入全局变量，容易出现同名冲突，不方便维护。

这时就可以使用仿函数了，写一个简单类，除了维护类的基本成员函数外，只需要重载 operator() 运算符 。这样既可以免去对一些公共变量的维护，也可以使重复使用的代码独立出来，以便下次复用。而且相对于函数更优秀的性质，仿函数还可以进行依赖、组合与继承等，这样有利于资源的管理。如果再配合模板技术和 Policy 编程思想，则更加威力无穷，大家可以慢慢体会。Policy 表述了泛型函数和泛型类的一些可配置行为（通常都具有被经常使用的缺省值）。

STL 中也大量涉及到仿函数，有时仿函数的使用是为了函数拥有类的性质，以达到安全传递函数指针、依据函数生成对象、甚至是让函数之间有继承关系、对函数进行运算和操作的效果。比如 STL 中的容器 set 就使用了仿函数 less ，而 less 继承的 binary_function，就可以看作是对于一类函数的总体声明，这是函数做不到的。

//less的定义
template<typename _Tp> struct less : public binary_function<_Tp, _Tp, bool>
{
      bool operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const
      { return __x < __y; }
};
 
//set的申明
template<typename _Key, typename _Compare = std::less<_Key>,typename _Alloc = std::allocator<_Key>> class set;

仿函数中的变量可以是 static 的，同时仿函数还给出了 static 的替代方案，仿函数内的静态变量可以改成类的私有成员，这样可以明确地在析构函数中清除所用的内容，如果用到了指针，那么这个是不错的选择。有人说这样的类已经不是仿函数了，但其实，封装后从外界观察，可以明显地发现，它依然有函数的性质。

3.仿函数实例
我们先来看一个仿函数的例子。

class StringAppend
{
public:
    explicit StringAppend(const string& str) : ss(str){}
    void operator() (const string& str) const
    {
         cout<<str<<' '<<ss<<endl;
    }
private:
    const string ss;
};

int main()
{
    StringAppend myFunctor2("and world!");
    myFunctor2("Hello");
}

编译运行输出：

Hello and world!

这个例子应该可以让您体会到仿函数的一些作用：它既能像普通函数一样传入给定数量的参数，还能存储或者处理更多我们需要的有用信息。于是仿函数提供了第四种解决方案：成员变量。成员函数可以很自然地访问成员变量，从而可以解决第一节“1.为什么要有仿函数”中提到的问题：计数出数组中大于指定阈值的数字数量。

#include <iostream>
using namespace std;

class IsGreaterThanThresholdFunctor
{
public:
    explicit IsGreaterThanThresholdFunctor(int t):threshold(t){}
    bool operator() (int num) const
    {
        return num > threshold ? true : false;
    }
private:
    const int threshold;
};

int RecallFunc(int *start, int *end, IsGreaterThanThresholdFunctor myFunctor)
{
    int count = 0;
    for (int *i = start; i != end + 1; i++)
    {
        count = myFunctor(*i) ? count + 1 : count;
    }
    return count;
}

int main()
{
    int a[5] = {10,100,11,5,19};
    int result = RecallFunc(a, a + 4, IsGreaterThanThresholdFunctor(10));
    cout << result << endl;
}

编译运行输出：

 3