STL_iterator迭代器(3)——函数和函数对象

STL中，函数被称为算法，也就是说它们和标准C库函数相比，它们更为通用。STL算法通过重载operator()函数实现为模板类或模板函数。这些类用于创建函数对象，对容器中的数据进行各种各样的操作。下面的几节解释如何使用函数和函数对象。

 

一、函数和断言

经常需要对容器中的数据进行用户自定义的操作。例如，你可能希望遍历一个容器中所有对象的STL算法能够回调自己的函数。例如

 1 //for_each，find_if 

 2 #include <iostream>

 3 #include <cstdlib>      // Need rand(), srand()

 4 #include <ctime>        // Need time()

 5 #include <vector>       // Need vector

 6 #include <algorithm>    // Need for_each()

 7 #define VSIZE 24        // Size of vector

 8 using namespace std;

 9 

10 vector<long> v(VSIZE);  // Vector object

11  

12 // Function prototypes

13 void initialize(long &ri);

14 void show(const long &ri);

15 bool isMinus(const long &ri);  // Predicate function

16  

17 int main()

18 {

19       srand( time(NULL) );      // Seed random generator

20       

21      //for_each遍历容器，initialize函数负责初始化容器中的元素 

22       for_each(v.begin(), v.end(), initialize);

23     

24       cout << "Vector of signed long integers" << endl;

25       //for_each遍历容器，show函数负责按顺序输出 

26       for_each(v.begin(), v.end(), show);

27     cout << endl;

28  

29       // Use predicate function to count negative values

30       //    使用判定函数对负数个数进行计数

31       

32       int count = 0;

33       vector<long>::iterator p;

34       p = for_each(v.begin(), v.end(), isMinus);//调用断言函数

35       while (p != v.end()) 

36     {

37         count++;

38         p = find_if(p + 1, v.end(), isMinus);

39       }

40       cout << "Number of values: " << VSIZE << endl;

41       cout << "Negative values : " << count << endl;

42  

43       return 0;

44 }

45  

46 // Set ri to a signed integer value

47 void initialize(long &ri)    //用随机数初始化容器 

48 {

49       ri = ( rand() - (RAND_MAX / 2) );

50       //  ri = random();

51 }

52  

53 // Display value of ri

54 void show(const long &ri)    //输出 

55 {

56       cout << ri << "  ";

57 }

58  

59 // Returns true if ri is less than 0

60 bool isMinus(const long &ri)    //负数判断 

61 {

62       return (ri < 0);

63 }

所谓断言函数，就是返回bool值的函数。

 

二、函数对象

除了给STL算法传递一个回调函数，你还可能需要传递一个类对象以便执行更复杂的操作。这样的一个对象就叫做函数对象。实际上函数对象就是一个类，但它和回调函数一样可以被回调。例如，在函数对象每次被for_each()或find_if()函数调用时可以保留统计信息。函数对象是通过重载operator()()实现的。如果TanyClass定义了opeator()(),那么就可以这么使用：

1 TAnyClass object;    // Construct object

2 object();                 // Calls TAnyClass::operator()() function

3 for_each(v.begin(), v.end(), object);

STL定义了几个函数对象。由于它们是模板，所以能够用于任何类型，包括C/C++固有的数据类型，如long。有些函数对象从名字中就可以看出它的用途，如plus()和multiplies()。类似的greater()和less-equal()用于比较两个值。

注意

有些版本的ANSI C++定义了times()函数对象，而GNU C++把它命名为multiplies()。使用时必须包含头文件<functional>。一个有用的函数对象的应用是accumulate() 算法。该函数计算容器中所有值的总和。记住这样的值不一定是简单的类型，通过重载operator+()，也可以是类对象。

 1 //accum.cpp

 2 #include <iostream>

 3 //#include <numeric>      // Need accumulate()

 4 #include <vector>       // Need vector

 5 #include <functional>   // Need multiplies() (or times())

 6 #define MAX 10

 7 using namespace std;

 8 

 9 vector<long> v(MAX);    // Vector object

10  

11 int main()

12 {

13       // Fill vector using conventional loop

14       //

15       for (int i = 0; i < MAX; i++)

16       {

17         v[i] = i + 1;

18    }

19  

20       // Accumulate the sum of contained values

21       //

22       long sum = accumulate(v.begin(), v.end(), 0);

23       

24       cout << "Sum of values == " << sum << endl;

25  

26       // Accumulate the product of contained values

27       //

28       long product = accumulate(v.begin(), v.end(), 1, multiplies<long>());//注意这行

29    

30     cout << "Product of values == " << product << endl;

31  

32       return 0;

33 }

注意使用了函数对象的accumulate()的用法。

accumulate() 在内部将每个容器中的对象和第三个参数作为multiplies函数对象的参数,multiplies(1,v)计算乘积。

引言：如果你想深入了解STL到底是怎么实现的，最好的办法是写个简单的程序，将程序中涉及到的模板源码给copy下来，稍作整理，就能看懂了。所以没有必要去买什么《STL源码剖析》之类的书籍，那些书可能反而浪费时间。

 

三、发生器函数对象

有一类有用的函数对象是“发生器”(generator)。这类函数有自己的内存，也就是说它能够从先前的调用中记住一个值。例如随机数发生器函数。

普通的C程序员使用静态或全局变量 “记忆”上次调用的结果。但这样做的缺点是该函数无法和它的数据相分离『还有个缺点是要用TLS才能线程安全』。显然，使用类来封装一块：“内存”更安全可靠。先看一下例子：

 1 //randfunc.cpp

 2 #include <iostream>

 3 #include <cstdlib>     // Need rand(), srand()

 4 #include <ctime>       // Need time()

 5 #include <algorithm>   // Need random_shuffle()

 6 #include <vector>      // Need vector

 7 #include <functional>  // Need ptr_fun()

 8 #include <iterator>

 9 using namespace std;

10  

11 // Data to randomize

12 int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

13 vector<int> v(iarray, iarray + 10);        //以iarray数组中的元素初始化vector 

14  

15 // Function prototypes

16 void Display(vector<int>& vr, const char *s);

17 unsigned int RandInt(const unsigned int n);

18  

19 int main()

20 {

21     srand( time(NULL) );  // Seed random generator

22       Display(v, "Before shuffle:");

23  

24       pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);  // Pointer to RandInt()//注意这行

25       random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);

26       Display(v, "After shuffle:");

27       return 0;

28 }

29  

30 // Display contents of vector vr

31 void Display(vector<int>& vr, const char *s)

32 {

33       cout << endl << s << endl;

34       copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

35       cout << endl;

36 }

37  

38  

39 // Return next random value in sequence modulo n

40 unsigned int RandInt(const unsigned int n)

41 {

42       return rand() % n;

43 }

首先用下面的语句申明一个对象：

pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);

这儿使用STL的单目函数模板定义了一个变量ptr_RandInt，并将地址初始化到我们的函数RandInt()。单目函数接受一个参数，并返回一个值。现在random_shuffle()可以如下调用：random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);

在本例子中，发生器只是简单的调用rand()函数。

 

四、发生器函数类对象

下面的例子说明发生器函数类对象的使用。

 1 //fiborand.cpp

 2 #include <iostream>

 3 #include <algorithm>   // Need random_shuffle()

 4 #include <vector>      // Need vector

 5 #include <functional>  // Need unary_function

 6 #include <iterator>

 7 using namespace std;

 8  

 9 // Data to randomize

10 int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

11 vector<int> v(iarray, iarray + 10);

12  

13 // Function prototype

14 void Display(vector<int>& vr, const char *s);

15  

16 // The FiboRand template function-object class

17 template <class Arg>

18 class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> 

19 {

20       int i, j;

21       Arg sequence[18];

22       

23     public:

24       FiboRand();

25       Arg operator()(const Arg& arg);

26 };

27  

28 int main()

29 {

30       FiboRand<int> fibogen;  // Construct generator object

31       

32       cout << "Fibonacci random number generator" << endl;

33       cout << "using random_shuffle and a function object" << endl;

34       

35       Display(v, "Before shuffle:");

36       random_shuffle(v.begin(), v.end(), fibogen);

37       Display(v, "After shuffle:");

38 }

39  

40 // Display contents of vector vr

41 void Display(vector<int>& vr, const char *s)

42 {

43     cout << endl << s << endl;

44       copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

45       cout << endl;

46 }

47  

48 // FiboRand class constructor

49 template<class Arg>

50 FiboRand<Arg>::FiboRand()

51 {

52       sequence[17] = 1;

53       sequence[16] = 2;

54       for(int n = 15; n > 0; n--)

55       {

56         sequence[n] = sequence[n + 1] + sequence[n + 2];

57      }

58       i = 17;

59       j = 5;

60 }

61  

62 // FiboRand class function operator

63 template<class Arg>

64 Arg FiboRand<Arg>::operator()(const Arg& arg)

65 {

66       Arg k = sequence[i] + sequence[j];

67       sequence[i] = k;

68       i--;

69       j--;

70       if (i == 0) i = 17;

71       if (j == 0) j = 17;

72       return k % arg;

73 }

该程序用完全不通的方法使用使用rand_shuffle。Fibonacci 发生器封装在一个类中，该类能从先前的“使用”中记忆运行结果。在本例中，类FiboRand 维护了一个数组和两个索引变量I和j。

FiboRand类继承自unary_function() 模板:

template <class Arg>

class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> {...

Arg是用户自定义数据类型。该类还定以了两个成员函数，一个是构造函数，另一个是operator()（）函数，该操作符允许random_shuffle()算法象一个函数一样“调用”一个FiboRand对象。

 

五、绑定器函数对象

一个绑定器使用另一个函数对象f()和参数值V创建一个函数对象。被绑定函数对象必须为双目函数，也就是说有两个参数,A和B。STL 中的帮定器有：

• bind1st() 创建一个函数对象，该函数对象将值V作为第一个参数A。
• bind2nd()创建一个函数对象，该函数对象将值V作为第二个参数B。

举例如下：

 1 #include <iostream>

 2 #include <algorithm>

 3 #include <functional>

 4 #include <list>

 5 using namespace std;

 6  

 7 // Data

 8 int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

 9 list<int> aList(iarray, iarray + 10);

10  

11 int main()

12 {

13       int k = 0;

14       k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(), 8));

15       

16       cout << "Number elements < 8 == " << k << endl;

17       

18     return 0;

19 }

Algorithm count_if()计算满足特定条件的元素的数目。 这是通过将一个函数对象和一个参数捆绑到为一个对象，并将该对象作为算法的第三个参数实现的。 注意这个表达式:

bind1st(greater<int>(), 8)

该表达式将greater<int>()和一个参数值8捆绑为一个函数对象。由于使用了bind1st()，所以该函数相当于计算下述表达式：

8 > q

表达式中的q是容器中的对象。因此，完整的表达式

count_if(aList.begin(), aList.end(),

bind1st(greater<int>(), 8), k);

计算所有小于或等于8的对象的数目。

 

六、否定函数对象

所谓否定(negator)函数对象，就是它从另一个函数对象创建而来，如果原先的函数返回真，则否定函数对象返回假。有两个否定函数对象：not1()和not2()。not1()接受单目函数对象，not2()接受双目函数对象。否定函数对象通常和帮定器一起使用。例如，上节中用bind1nd来搜索q<=8的值：

count_if(aList.begin(), aList.end(),

bind1st(greater<int>(), 8), k);

如果要搜索q>8的对象，则用bind2st。而现在可以这样写：

start = find_if(aList.begin(), aList.end(), not1(bind1nd(greater<int>(), 6)));

你必须使用not1，因为bind1nd返回单目函数。