仿函式

1.什么是仿函式

1.定義和作用

仿函式是一種多載了函式呼叫運算子（operator()）的類或結構體，它可以像函式一樣被呼叫，仿函式可以在很多STL演算法中使用，例如sort、for_each、transform等，可以自定義排序規則、操作、條件等等，通過仿函式，C++程式員可以更加靈活地實作自己的演算法，

與普通函式不同，仿函式可以保存狀態，因此在使用仿函式時可以靈活地傳遞引數并進行計算，非常適用于一些復雜的演算法和資料結構的實作，

2.仿函式與函式指標的區別

在C++中，函式指標可以作為引數傳遞和回傳值，但是函式指標只能指向函式，無法指向類成員函式和lambda運算式，而仿函式可以作為一種通用的函式封裝，可以指向函式、類成員函式以及lambda運算式，并且可以保存狀態，因此，仿函式比函式指標更加靈活和可擴展，

3.仿函式的呼叫方式

仿函式可以像函式一樣被呼叫

class MyFunctor {
public:
    void operator() (int i) {
        cout << i << endl;
    }
};
MyFunctor myFunctor;
myFunctor(123);
//結果
//123

在STL演算法中，仿函式也可以作為函式引數傳遞

vector<int> vec{3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
sort(vec.begin(), vec.end(), greater<int>());
for_each(vec.begin(), vec.end(), MyFunctor());

其中，greater()是一個內置的仿函式物件，用于實作降序排列，

2.仿函式的分類

1.一元仿函式和二元仿函式

一元仿函式是指只有一個引數的仿函式

template <typename T>
struct MyFunctor1 {
    void operator() (T val) {
        cout << val << endl;
    }
};
template <typename T>
struct MyFunctor2 {
    T operator() (T val) {
        return val * val;
    }
};

二元仿函式是指有兩個引數的仿函式

template <typename T>
struct MyFunctor3 {
    bool operator() (T val1, T val2) {
        return val1 < val2;
    }
};

在STL演算法中，一元仿函式和二元仿函式通常用于排序、查找、遍歷等操作，

2.函式物件與謂詞

函式物件：回傳值為任意型別的仿函式，例如std::plus，std::minus
謂詞：回傳值為bool型別的仿函式，例如std::less，std::greater

3.函式配接器

函式配接器是一種特殊的仿函式，它用于將一個仿函式適配到另一個仿函式或函式物件上，STL中常用的函式配接器有：bind1st、bind2nd、not1、not2、logical_and、logical_or等

template <typename T>
struct MyFunctor4 {
    bool operator() (T val) {
        return val > 0;
    }
};
vector<int> vec{3, -1, 4, -1, 5, -9, 2, -6, 5, 3, -5};
count_if(vec.begin(), vec.end(), not1(MyFunctor4<int>()));
//結果
//3

其中，not1是一個函式配接器，它將MyFunctor4適配成一個回傳相反值的仿函式物件，從而統計出vec中小于等于0的元素個數，

3.仿函式的實作

1.多載函式呼叫運算子

仿函式的實作首先要多載函式呼叫運算子（operator()），并根據需要定義引數和回傳值

template <typename T>
struct MyFunctor1 {
    void operator() (T val) {
        cout << val << endl;
    }
};
template <typename T>
struct MyFunctor2 {
    T operator() (T val) {
        return val * val;
    }
};

其中，MyFunctor1是一個一元仿函式，用于輸出引數值，而MyFunctor2是一個一元仿函式，用于計算引數的平方，

2.使用模板類

仿函式通常是一個模板類，可以支持不同的引數型別

template <typename T>
struct MyFunctor3 {
    bool operator() (T val1, T val2) {
        return val1 < val2;
    }
};

其中，MyFunctor3是一個二元仿函式，用于比較兩個引數的大小，

3.使用函式配接器

仿函式也可以使用函式配接器來實作，例如，使用bind1st函式配接器將一個二元仿函式適配成一個一元仿函式

template <typename T>
struct MyFunctor4 {
    bool operator() (T val1, T val2) {
        return val1 < val2;
    }
};
MyFunctor4<int> myFunctor;
bind1st(myFunctor, 10)(5);
//結果
//false

其中，bind1st將myFunctor適配成一個只有一個引數的仿函式，第一個引數被系結為10，然后用5呼叫這個仿函式，回傳false，

4.實作一個簡單的加法仿函式

class AddFunctor{
public:
    AddFunctor(int n):m_n(n){}
    int operator()(int x) const{
        return x + m_n;
    }
private:
    int m_n;
}

在上面的代碼中，我們定義了一個AddFunctor類，它帶有一個整型引數n，表示每次呼叫要加上的值，在呼叫運算子()時，回傳x加上m_n的結果，

使用AddFunctor類，可以有如下示例

int main()
{
	AddFunctor add(3);
    int result = add(5);	//結果為8
    return 0;
}

4.仿函式的應用

在STL中，許多演算法都需要使用仿函式，例如：

std::sort()：對給定的序列進行排序，需要提供一個比較函式，用于指定排序的規則
std::for_each()：對給定的序列中的每個元素執行指定的操作，需要提供一個函式物件，用于指定操作
std::find_if()：在給定的序列中查找符合指定條件的第一個元素，需要提供一個謂詞，用于指定條件

通過使用仿函式，我們可以將演算法和資料結構解耦，是的演算法更加通用和靈活，

5.仿函式的注意事項

在使用仿函式時需要注意以下幾點

仿函式的效率問題：由于仿函式在呼叫時需要進行物件的構造和析構，因此在一些需要頻繁呼叫的場景中，使用仿函式可能會影響演算法的效率
仿函式的執行緒安全性：由于仿函式中可能會保存狀態，因此在多執行緒環境下使用時需要注意執行緒安全性問題

6.仿函式的優化

1.使用constexpr

在C++11中，可以使用constexpr關鍵字來宣告一個函式或變數是常量運算式，可以在編譯時計算，如果一個仿函式的operator()是一個常量運算式，可以使用constexpr來進行優化

template <typename T>
struct MyFunctor1 {
    constexpr T operator() (T val) const {
        return val * val;
    }
};

這樣，當使用MyFunctor1時，如果引數是一個常量運算式，那么編譯器就可以在編譯時計算出結果，從而提高程式的執行效率，

2.使用inline

仿函式可以使用inline關鍵字來宣告為行內函式，從而在編譯時將函式體直接嵌入到呼叫處，避免了函式呼叫的開銷

template <typename T>
struct MyFunctor2 {
    inline T operator() (T val) const {
        return val * val;
    }
};

3.使用lambda運算式

C++11引入了lambda運算式，可以方便地定義一個匿名仿函式，與普通的仿函式相比，使用lambda運算式可以減少代碼的冗余，從而提高程式的可讀性和維護性

vector<int> vec{3, -1, 4, -1, 5, -9, 2, -6, 5, 3, -5};
auto count = count_if(vec.begin(), vec.end(), [](int val) { return val > 0; });

其中，lambda運算式[] (int val) { return val > 0; }定義了一個匿名仿函式，用于統計vec中大于0的元素個數，

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