C++ 中 operator() 重载机制，即函数对象（Functor）的使用。内容包括基础语法、状态保持实现（如计数器、累加器）、比较器编写、STL 算法库集成应用（sort、transform 等）以及高级场景（闭包模拟、函数组合）。同时探讨了性能优化实践，如 const 修饰符和引用传递，强调其相比函数指针在类型安全和编译期优化上的优势。
ReturnType operator()(ParameterList) const {
:
{
a + b;
}
};
Adder adder;
result = (, );
class Counter {
private:
int count;
int step;
public:
Counter(int initial = 0, int increment = 1) : count(initial), step(increment) {}
// 无参数调用，返回当前值并递增
int operator()() {
int current = count;
count += step;
return current;
}
// 重置计数器
void operator()(int value) {
count = value;
}
// 重载带步长的调用
int operator()(int start, int increment) {
count = start;
step = increment;
return operator(); // 调用无参版本
}
};
// 调用示例
Counter counter(0, 1);
int val1 = counter(); // 返回 0，count 变为 1
int val2 = counter(); // 返回 1，count 变为 2
counter(10); // 重置为 10
int val3 = counter(100, 5); // 重置为 100，步长为 5，返回 100
class Accumulator {
private:
int sum;
public:
Accumulator(int initial = 0) : sum(initial) {}
int operator()(int value) {
sum += value;
return sum;
}
void operator()(int value, bool reset) {
if (reset) sum = 0;
sum += value;
}
};
// 调用示例
Accumulator acc(0);
int result1 = acc(5); // sum = 5
int result2 = acc(3); // sum = 8
acc(10, true); // 重置后累加，sum = 10
class StringLengthComparator {
public:
bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {
return a.length() < b.length();
}
};
// 调用示例
std::vector<std::string> strings = {"apple", "banana", "cherry", "date"};
std::sort(strings.begin(), strings.end(), StringLengthComparator());
class NumberComparator {
private:
bool ascending;
public:
NumberComparator(bool asc = true) : ascending(asc) {}
bool operator()(int a, int b) const {
return ascending ? a < b : a > b;
}
};
// 调用示例
std::vector<int> numbers = {5, 2, 8, 1, 9};
std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), NumberComparator(true)); // 升序
std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), NumberComparator(false)); // 降序
class GreaterThan {
private:
int threshold;
public:
GreaterThan(int t) : threshold(t) {}
bool operator()(int value) const {
return value > threshold;
}
};
// 调用示例
std::vector<int> numbers = {1, 5, 3, 8, 2, 9};
int count = std::count_if(numbers.begin(), numbers.end(), GreaterThan(5)); // count = 2 (8, 9)
class Square {
public:
int operator()(int x) const {
return x * x;
}
};
class AddConstant {
private:
int constant;
public:
AddConstant(int c) : constant(c) {}
int operator()(int x) const {
return x + constant;
}
};
// 调用示例
std::vector<int> input = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> output(input.size());
// 使用 Square
std::transform(input.begin(), input.end(), output.begin(), Square()); // output = {1, 4, 9, 16, 25}
// 使用 AddConstant
std::transform(input.begin(), input.end(), output.begin(), AddConstant(10)); // output = {11, 12, 13, 14, 15}
class OperationContainer {
private:
std::string operation;
public:
OperationContainer(const std::string& op) : operation(op) {}
int operator()(int a, int b) const {
if (operation == "add") return a + b;
if (operation == "sub") return a - b;
if (operation == "mul") return a * b;
if (operation == "div") return b != 0 ? a / b : 0;
return 0;
}
};
// 调用示例
OperationContainer addOp("add");
OperationContainer mulOp("mul");
int result1 = addOp(5, 3); // 返回 8
int result2 = mulOp(5, 3); // 返回 15
class Filter {
private:
std::function<bool(int)> condition;
public:
Filter(std::function<bool(int)> cond) : condition(cond) {}
std::vector<int> operator()(const std::vector<int>& input) const {
std::vector<int> result;
for (int value : input) {
if (condition(value)) {
result.push_back(value);
}
}
return result;
}
};
// 调用示例
std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
// 过滤偶数
Filter evenFilter([](int x){ return x % 2 == 0; });
auto evenNumbers = evenFilter(numbers); // {2, 4, 6, 8, 10}
// 过滤大于 5 的数
Filter greaterFilter([](int x){ return x > 5; });
auto greaterNumbers = greaterFilter(numbers); // {6, 7, 8, 9, 10}
class Closure {
private:
int capture_value;
public:
Closure(int val) : capture_value(val) {}
int operator()(int x) const {
return x + capture_value;
}
int operator()(int x, int y) const {
return x * y + capture_value;
}
};
// 调用示例
Closure closure(10);
int result1 = closure(5); // 返回 15 (5 + 10)
int result2 = closure(3, 4); // 返回 22 (3 * 4 + 10)
template<typename F, typename G>
class Compose {
private:
F f;
G g;
public:
Compose(F f_func, G g_func) : f(f_func), g(g_func) {}
template<typename T>
auto operator()(T x) const -> decltype(f(g(x))) {
return f(g(x));
}
};
// 调用示例
auto square = [](int x){ return x * x; };
auto increment = [](int x){ return x + 1; };
Compose<decltype(square), decltype(increment)> compose(square, increment);
int result = compose(5); // 先执行 increment(5) = 6, 再执行 square(6) = 36
class StatelessFunction {
public:
// 无状态函数对象应使用 const 修饰
int operator()(int x) const {
return x * 2;
}
};
class StringProcessor {
public:
std::string operator()(const std::string& input) const {
// 使用 const 引用避免拷贝
return input + "_processed";
}
};
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