仿函数（Functor）详解 + 代码示例

仿函数（也叫函数对象 ）是C++中一种重载****了 () 运算符的类/结构体，它看起来像函数调用，却拥有类的特性（可以保存状态、支持模板、可被编译器优化），常配合STL算法（如 sort 、 lower_bound ）使用，比普通函数/函数指针更灵活。

一、仿函数的核心特点

本质是类对象: 重载 operator() 后，可像函数一样调用；
可保存状态：类的成员变量可以存储上下文信息（普通函数做不到）；
编译器优化友好：比函数指针更容易被编译器内联，效率更高；
支持模板：可以编写通用的仿函数，适配不同类型。

二、基础示例：简单仿函数

无状态仿函数（最基础）

重载 operator() ，实现简单的运算/判断逻辑：

cpp 复制代码

  
#include <iostream>
using namespace std;

// 定义仿函数：加法仿函数
struct Add
{
    // 重载()运算符，参数为两个int，返回和
    int operator()(int a, int b) const
    {
        return a + b;
    }
};

// 定义仿函数：判断是否为偶数
struct IsEven
{
    bool operator()(int num) const
    {
        return num % 2 == 0;
    }
};

int main()
{
    // 1. 创建仿函数对象，像调用函数一样使用
    Add add_func;
    cout << "3 + 5 = " << add_func(3, 5) << endl; // 输出：8

    // 2. 也可以直接创建临时对象调用
    cout << "7 + 2 = " << Add()(7, 2) << endl; // 输出：9

    // 3. 偶数判断仿函数
    IsEven is_even;
    cout << "6是否为偶数：" << boolalpha << is_even(6) << endl; // 输出：true
    cout << "5是否为偶数：" << boolalpha << is_even(5) << endl; // 输出：false

    return 0;
}

有状态仿函数（核心优势）

仿函数可以通过成员变量保存状态，这是普通函数无法实现的：

cpp 复制代码

  
#include <iostream>
using namespace std;

// 仿函数：累加器，保存累加的结果
struct Accumulator
{
    // 成员变量：保存累加状态
    int sum = 0;

    // 重载()，每次调用累加一个数
    void operator()(int num)
    {
        sum += num;
        cout << "当前累加值：" << sum << endl;
    }
};

int main()
{
    Accumulator acc;
    // 多次调用，状态会持续保存
    acc(1);  // sum=1
    acc(2);  // sum=3
    acc(3);  // sum=6
    acc(4);  // sum=10

    // 访问仿函数的状态
    cout << "最终累加结果：" << acc.sum << endl; // 输出：10

    return 0;
}

三、仿函数的核心应用：配合STL算法

仿函数是STL算法的"灵魂"，常用于自定义排序、查找、遍历规则，这里举几个高频场景：

配合 sort 实现自定义排序

cpp 复制代码

  
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

// 仿函数：降序排序
struct Greater
{
    bool operator()(int a, int b) const
    {
        return a > b;
    }
};

// 仿函数：按字符串长度排序
struct StrLenCompare
{
    bool operator()(const string& s1, const string& s2) const
    {
        return s1.size() < s2.size();
    }
};

int main()
{
    // 1. 整数降序排序
    vector<int> nums = {3, 1, 4, 2, 5};
    sort(nums.begin(), nums.end(), Greater()); // 传入仿函数对象
    for (int num : nums) cout << num << " ";  // 输出：5 4 3 2 1
    cout << endl;

    // 2. 字符串按长度升序排序
    vector<string> strs = {"apple", "cat", "banana", "dog"};
    sort(strs.begin(), strs.end(), StrLenCompare());
    for (const string& s : strs) cout << s << " "; // 输出：cat dog apple banana
    cout << endl;

    return 0;
}

配合 lower_bound 实现自定义查找（降序序列）

结合之前聊的 lower_bound ，用仿函数实现降序序列的二分查找：

cpp 复制代码

  
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    // 降序序列
    vector<int> vec = {9, 7, 5, 3, 3, 3, 1};
    int target = 3;

    // greater<int>() 是STL自带的仿函数，实现a > b的比较
    auto lower_it = lower_bound(vec.begin(), vec.end(), target, greater<int>());
    cout << "lower_bound找到的位置：" << lower_it - vec.begin() << endl; // 输出：3
    cout << "对应元素：" << *lower_it << endl; // 输出：3

    return 0;
}

配合 for_each 遍历并处理元素

cpp 复制代码

  
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

// 仿函数：打印元素并计数
struct PrintAndCount
{
    int count = 0;
    void operator()(int num)
    {
        cout << num << " ";
        count++;
    }
};

int main()
{
    vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    // for_each返回仿函数对象，可获取其状态
    PrintAndCount pac = for_each(nums.begin(), nums.end(), PrintAndCount());
    cout << endl << "遍历的元素个数：" << pac.count << endl; // 输出：5

    return 0;
}

四、STL自带的仿函数

C++标准库在中提供了常用的仿函数，无需自己定义，直接使用：

仿函数	功能	示例
加法（如std::plus）	执行两个参数的加法运算	std::plus()(3,5)→8；（或自定义Add: [](int a,int b){return a+b;}）
减法（如std::minus）	执行两个参数的减法运算	std::minus()(10,4)→6；（或自定义Sub: [](int a,int b){return a-b;}）
大于比较（如std::greater）	判断第一个参数是否大于第二个参数	std::greater()(7,3)→true；（或自定义Greater: [](int a,int b){return a>b;}）
小于比较（如std::less）	判断第一个参数是否小于第二个参数	std::less()(2,9)→true；（或自定义Less: [](int a,int b){return a<b;}）
等于比较（如std::equal_to）	判断两个参数是否相等	std::equal_to()(5,5)→true；（或自定义Equal: [](int a,int b){return a==b;}）
示例：

cpp 复制代码

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

int main()
{
    plus<int> add;
    cout << "2 + 6 = " << add(2, 6) << endl; // 输出：8

    greater<int> gt;
    cout << "5 > 3 ? " << boolalpha << gt(5, 3) << endl; // 输出：true

    return 0;
}

五、仿函数与普通函数的区别

特性	仿函数	普通函数
保存状态	支持（通过成员变量保存状态）	不支持（仅能用全局变量间接保存）
编译器优化	易内联，执行效率高	函数指针调用不易被编译器优化
模板适配	天然支持模板（可作为模板参数）	需单独定义模板函数或使用函数指针包装
灵活性	高（可自定义成员变量、成员函数）	低（仅能通过函数逻辑实现固定行为）