什么是函数对象

在C++中，函数对象（Function Object）又称仿函数（Functor），是通过定义 operator() 运算符重载的类或结构体实例，使其行为类似函数。它比普通函数更灵活，可存储状态（成员变量），支持泛型编程和算法定制。
 
核心特性
 
1. 重载 operator() ：使类实例可像函数一样调用。
 
2. 可携带状态：通过成员变量存储数据，在调用时使用。
 
3. 类型安全：编译期确定行为，比函数指针更可靠。
 
4. 适配算法：可与STL算法（如 sort 、 for_each ）结合使用。
 
代码示例
 
1. 基础函数对象（无状态）
 
cpp   
#include
using namespace std;

// 定义函数对象类（无状态）
class Add {
public:
    int operator()(int a, int b) const { // 常成员函数
        return a + b;
    }
};

int main() {
    Add add_obj; // 创建函数对象实例
    int result = add_obj(3, 5); // 像函数一样调用
    cout << "3 + 5 = " << result << endl; // 输出：8
    return 0;
}
 
 
2. 带状态的函数对象
 
cpp   
#include
using namespace std;

// 带状态的函数对象：存储一个加数n
class Adder {
private:
    int n; // 成员变量存储状态
public:
    // 构造函数初始化状态
    Adder(int num) : n(num) {} 

    // 重载()运算符，使用状态n
    int operator()(int x) const {
        return x + n;
    }
};

int main() {
    Adder add_10(10); // 创建加数为10的函数对象
    cout << add_10(5) << endl; // 输出：15（5 + 10）
    Adder add_20(20);
    cout << add_20(5) << endl; // 输出：25（5 + 20）
    return 0;
}
 
 
3. 与STL算法结合（排序自定义比较规则）
 
cpp   
#include
#include
#include
using namespace std;

// 函数对象：降序比较
class CompareDesc {
public:
    bool operator()(int a, int b) const {
        return a > b; // 降序排列
    }
};

int main() {
    vector nums = {3, 1, 4, 2};
    // 使用函数对象作为排序的比较规则
    sort(nums.begin(), nums.end(), CompareDesc()); 
    for (int num : nums) {
        cout << num << " "; // 输出：4 3 2 1
    }
    return 0;
}
 
 
4. 模板函数对象（泛型支持）
 
cpp   
#include
using namespace std;

// 模板函数对象：支持任意类型加法
template
class GenericAdder {
public:
    T operator()(T a, T b) const {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    GenericAdder int_adder;
    cout << int_adder(2, 3) << endl; // 输出：5（int类型）

    GenericAdder double_adder;
    cout << double_adder(1.5, 2.5) << endl; // 输出：4（double类型）
    return 0;
}
 
 
与普通函数的区别
 
表格   
特性 普通函数 函数对象（仿函数） 
状态存储 无 可通过成员变量存储状态 
类型安全 运行时确定（函数指针） 编译期确定（类型明确） 
可适配性 需通过函数指针或lambda 直接适配STL算法 
扩展性 难以修改行为 可通过继承/模板扩展 
 
应用场景
 
- STL算法定制：如 sort 的比较器、 transform 的操作函数。
 
- 策略模式：通过不同函数对象实现算法的动态切换。
 
- 状态化操作：需要携带上下文数据的函数逻辑（如累加器、计数器）。
 
C++的函数对象结合了面向对象和泛型编程的优势，是编写高效、灵活代码的重要工具。