浅析C++ 仿函数

1.为什么要有仿函数

我们先从一个非常简单的问题入手。假设我们现在有一个数组，数组中存有任意数量的数字，我们希望能够计数出这个数组中大于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，原因也在上一小节有所阐述。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，那就更是威力无穷了，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了，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：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Functor
{
public:
	void operator() (const string& str) const
	{
		cout << str << endl;
	}
};

int main()
{
	Functor myFunctor;
	myFunctor("Hello world!");
	return 0;
}

程序输出：

Hello world!。

可以见到，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的访问成员变量，从而解决上文最开始的那个问题。

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");
  return 0;
}

程序输出：

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。于是本小节开头的问题就迎刃而解了：

#include <iostream>
using namespace std;
class IsGreaterThanThresholdFunctor
{
public:
	explicit IsLessThanTenFunctor(int tmp_threshold) : threshold(tmp_threshold{}
  bool operator() (int num) const
  {
      return num>10 ? 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,IsLessThanTenFunctor(10));
  cout<<result<<endl;
  return 0;
}

以上就是浅析C++ 仿函数的详细内容，更多关于C++ 仿函数的资料请关注我们其它相关文章！