C++ 什么是仿函数 C++ 函数对象operator()重载教程【STL】

仿函数是重载了operator()的类或结构体，本质为对象而非函数，可携带状态、支持模板推导和内联优化；用于STL时需注意public声明、const限定及严格弱序等要求。

仿函数就是重载了 operator() 的类或结构体

它不是函数，而是一个对象，但能像函数一样被调用。核心就一条：只要类里定义了 operator() 成员函数，这个类的实例就能用括号语法执行，比如 f(1, "hello")。

STL 容器和算法（如 sort、transform、for_each）大量依赖仿函数，因为它们比普通函数指针更灵活——可以携带状态、支持模板参数推导、还能内联优化。

常见错误是以为“写个 operator() 就完事”，结果忘了声明为 public，或者没处理好 const 限定——比如在 std::set 的比较器里，operator() 必须是 const 成员函数，否则编译失败。

怎么写一个带状态的仿函数

普通函数无法保存中间数据，而仿函数可以靠成员变量记住上次调用的结果或计数。这是它最实用的特性之一。

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• operator() 必须是 public，且通常建议加 const（除非真要修改对象状态）
• 如果用于 STL 算法（如 std::count_if），传入的是临时副本，修改成员变量不会影响原对象——这点常被忽略
• 想持久保存状态，得确保仿函数对象本身不被复制丢失，比如用引用或 std::ref 包装

示例：

struct Adder {     int offset = 0;     int operator()(int x) const { return x + offset; } };

注意：offset 是只读的，因为 operator() 声明为 const；若需要累加，去掉 const 并把 offset 改成 mutable（但 STL 一般不鼓励这种可变行为）。

std::function 和仿函数的关系

std::function 不是仿函数，而是一个通用包装器，能容纳任何可调用对象：函数指针、Lambda、绑定表达式，以及真正的仿函数。

它的作用是类型擦除——把不同类型的可调用体统一成一个类型。但代价是可能有轻微性能开销（虚函数调用或小对象优化失效），所以高频场景（如循环内频繁调用）优先直接用仿函数类型，而非 std::function。

容易混淆的点：

• lambda 表达式本质是编译器生成的仿函数类，所以它天然支持 std::function 赋值，也支持直接传给 STL 算法
• 把仿函数赋给 std::function 会触发拷贝构造，若仿函数含非拷贝成员（如 std::unique_ptr），需改用 std::ref 或改用移动语义
• std::function 可以存 [](int){}、&my_func、或 Adder{5}，但三者底层实现完全不同

STL 中仿函数的实际陷阱

很多教程只讲“怎么写”，不说“在哪会崩”。真实项目里最容易栽在这些地方：

• std::sort 要求比较仿函数是严格弱序（strict weak ordering），返回 true 表示“第一个参数排在第二个前面”。如果写成 a 或漏掉等价情况判断，会导致未定义行为甚至崩溃
• 容器如 std::map 的模板参数是类型，不是实例，所以必须传类型名（如 std::map），而不是对象（MyCompare{}）
• 在 c++11 之前，仿函数不能有模板 operator()；现在虽支持，但若用于 STL 容器模板参数，编译器可能无法推导，得显式指定
• lambda 捕获局部变量后，若仿函数对象生命周期超过被捕获变量，就是悬垂引用——这跟普通指针问题一样隐蔽

真正难的从来不是写出来，而是让它在各种模板组合、移动语义、多线程环境下稳定工作。