C++函数对象

函数对象

函数对象（仿函数）（Function Object，Functors）

• 函数对象其实就是重载了 operator() 的类或结构体的实例。

• 它表现得像函数一样，可以用 () 括号调用，但本质是一个对象，可以有成员变量和状态。

• 优点是它可以存储状态，比如调用时用到的参数、计数器、配置等。

函数对象既可以无状态（Multiply）也可以带状态（Counter），并且都能像函数一样调用：

#include <iostream>

// 无状态函数对象：执行乘法
struct Multiply {
    int operator()(int a, int b) const {
        return a * b;
    }
};

// 带状态的函数对象：计数调用次数
struct Counter {
    int count = 0;  // 内部状态

    void operator()() {
        ++count;
        std::cout << "Called " << count << " times" << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 使用无状态函数对象
    Multiply multiply;
    int result = multiply(3, 4);  // 调用了 multiply.operator()(3, 4)
    std::cout << "Multiply result: " << result << std::endl;  // 输出 12

    // 使用带状态的函数对象
    Counter counter;
    counter();  // 输出：Called 1 times
    counter();  // 输出：Called 2 times
    counter();  // 输出：Called 3 times

    return 0;
}

伪函数（Function Pointer）

• 伪函数通常就是指函数指针（Function Pointer），是指向函数的指针变量。

• 它可以指向普通函数，调用时通过指针间接调用函数。

例子：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int (*funcPtr)(int, int) = add;  // 函数指针指向 add 函数
int result = funcPtr(2, 3);      // 通过函数指针调用函数

有时候人们也称它为“伪函数”，意思是它是对函数的引用（指针），而不是一个真正的对象。

函数对象 vs 函数指针 vs lambda

特性	函数对象	函数指针	lambda 表达式
是否可调用	✅	✅	✅
是否可保存状态	✅（成员变量）	❌	✅（捕获变量）
类型	类类型	指针	匿名闭包类
可用于 STL 算法	✅	✅（但无状态）	✅（常用于 sort）
是否支持内联优化	✅（更可能被优化）	❌（指针有间接性）	✅

函数对象 vs std::function

#include <functional>

struct Multiply {
    int operator()(int a, int b) const {
        return a * b;
    }
};

int main() {
    function<int(int, int)> f = Multiply();  // 用 std::function 接收仿函数
    cout << f(6, 7) << endl;  // 输出 42
}

• std::function 是一种类型擦除容器；
• 它可以接收函数对象、函数指针、lambda；
• 函数对象可以与之很好地结合，统一成接口参数。

标准库中的函数对象

C++ STL 提供了一些常用函数对象：

#include <functional>

greater<int>()(3, 2);  // 返回 true，相当于 3 > 2
less<int>()(3, 2);     // 返回 false，相当于 3 < 2
equal_to<int>()(3, 3); // 返回 true

这些定义在 <functional> 中，常用于模板泛型编程。

函数对象的实际应用场景

• 配合 sort、for_each、transform 等算法
• 封装可调用逻辑，提供函数接口但拥有对象状态
• 实现策略模式、回调机制
• 在 STL 容器中按需定制行为（如 priority_queue）