C++ 仿函數詳解：從 STL 到 Loki 的泛型編程精髓

仿函數是 C++ 泛型編程的基石，它讓物件擁有函數般的呼叫語法，並能攜帶狀態、支援型別推導、無縫融入 STL 演算法。本文梳理 STL 兩大基底類別的區別、實戰範例，並引入 Loki 庫的 Functor 與 Typelist，帶你窺探模板遞歸的極致之美。

一、STL 兩大仿函數基底類別

繼承這些基底類別不強制，但提供統一的型別別名，方便演算法內部萃取參數/回傳型別（C++11 起已棄用，改用 std::invoke_result 等特徵）。

二、實戰範例

1. 一元仿函數：門檻判斷

template <typename T>
class MeetsThreshold : public std::unary_function<Widget, bool> {
    const T threshold_;
public:
    explicit MeetsThreshold(const T& t) : threshold_(t) {}
    bool operator()(const Widget& w) const {
        return w.value() > threshold_;
    }
};
// 用法：std::find_if(v.begin(), v.end(), MeetsThreshold<int>(42));

2. 二元仿函數：Widget 名稱比較

struct WidgetNameCompare : public std::binary_function<Widget, Widget, bool> {
    bool operator()(const Widget& lhs, const Widget& rhs) const {
        return lhs.name() < rhs.name();
    }
};
// 用法：std::sort(v.begin(), v.end(), WidgetNameCompare());

三、現代 C++ 的演進：Lambda 與 std::function

C++11 起，Lambda 表達式已成為最常用的仿函數形式：

auto cmp = [](const Widget& a, const Widget& b) { return a.name() < b.name(); };
std::sort(v.begin(), v.end(), cmp);

需攜帶狀態、跨編譯單元傳遞或類型擦除時，改用 std::function<bool(const Widget&, const Widget&)>。

四、Loki 庫的 Functor 與 Typelist：模板遞歸的極致

Andrei Alexandrescu 的 Loki 庫實現了通用的 Functor，支援：

• 任意參數個數（至 15 個以上）
• 綁定成員函數、自由函數、仿函數物件
• 參數綁定、柯里化、回傳型別推導

其核心機制是 Typelist（型別清單）——一個編譯期遞歸結構：

template <class Head, class Tail> struct Typelist { typedef Head Head; typedef Tail Tail; };
struct NullType {}; // 終止符

配合模板特化與遞歸，實現參數包的展開、型別轉換、函數簽名匹配等編譯期計算。這正是「現代 C++ 設計」中模板元編程的經典範例，建議下載 Loki 源碼研讀 Functor.h 與 Typelist.h。

五、最佳實踐清單

1. 優先使用 Lambda；需持久化/跨 DLL 才用 std::function。
2. 避免繼承 unary_function/binary_function（C++17 移除），改用型別特徵。
3. 仿函數應為 const 正確：operator() 標記 const。
4. 大型仿函數物件傳遞時考慮 std::ref 避免拷貝開銷。

從 STL 簡潔的基底類別，到 Loki 龐大的模板機器，仿函數見證了 C++ 泛型編程從「型別萃取」走向「編譯期計算」的演進。掌握其精髓，能讓你在架構決策時遊刃有餘。