浅谈STL|STL函数对象篇

一.函数对象概念

概念:

·重载函数调用操作符的类，其对象常称为函数对象
·函数对象使用重载的()时，行为类似函数调用，也叫仿函数

本质:

函数对象(仿函数)是一个类，不是一个函数

特点

• 函数对象在使用时，可以像普通函数那样调用，可以有参数，可以有返回值；
• 函数对象超出普通函数的概念，函数对象可以有自己的状态；
• 函数对象可以作为参数传递；

函数对象可以像普通函数一样被调用，并且可以接受参数和返回值。通过重载函数调用操作符 operator()，函数对象可以在使用时表现得像函数一样。

函数对象的一个优势是它可以拥有自己的状态。由于函数对象实际上是一个类的对象，所以它可以拥有成员变量，这些变量可以在每次调用时保持状态并进行更新。这使得函数对象可以在多次调用之间维护一些信息。

此外，函数对象还可以作为参数传递给其他函数。许多标准库的算法函数，例如 std::sort、std::transform 等，可以接受函数对象作为参数，以定义算法的具体操作。通过将函数对象传递给其他函数，我们可以实现更灵活、可定制的功能。

以下是一个简单的示例，展示了函数对象的用法：

#include 

class MyFunctor
{
public:
    void operator()(int x) const
    {
        // 在回调时输出消息
        std::cout << "Function object called with " << x << std::endl;
    }
};

void callWithFunctor(const MyFunctor& functor, int value)
{
    functor(value);  // 调用函数对象
}

int main()
{
    MyFunctor functor;
    callWithFunctor(functor, 42);  // 传递函数对象给函数，并进行调用
    
    return 0;
}

在上述示例中，MyFunctor 是一个函数对象，我们将它作为参数传递给 callWithFunctor 函数，并在函数内部调用函数对象。

总结来说，函数对象可以像普通函数一样被调用，可以接受参数和返回值，可以拥有自己的状态，并可以作为参数传递给其他函数，这使得函数对象在编程中非常有用和灵活。

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函数对象相比于普通函数具有一个重要的优势，那就是函数对象可以拥有自己的状态。这意味着函数对象可以在多次调用之间记录和维护自己的内部数据。

普通函数是无状态的，它们不会保留任何关于之前调用的信息。每次调用函数时，它们只是根据传入的参数执行相应的操作，并返回结果。

而函数对象则可以在每次调用时保持状态，并根据状态的变化来改变行为。这种状态是通过函数对象的成员变量来实现的。函数对象的成员变量可以记录在调用过程中需要持久化的数据，而这些数据会在不同的函数调用之间持续存在。

这种函数对象的状态可以非常有用。它允许我们在不同的调用之间共享和利用数据，从而实现更复杂的行为。例如，我们可以使用函数对象来实现一个计数器，每次调用增加计数值，并在后续的调用中使用该值。

以下是一个简单的示例，展示了函数对象中保存状态的功能：

#include 

class Counter
{
public:
    Counter() : count(0) {}

    int operator()()
    {
        return ++count;
    }

private:
    int count;
};

int main()
{
    Counter counter;

    std::cout << counter() << std::endl;  // 输出：1
    std::cout << counter() << std::endl;  // 输出：2
    std::cout << counter() << std::endl;  // 输出：3

    return 0;
}

在上述示例中，Counter 是一个函数对象，它通过重载函数调用操作符 operator() 来实现计数的功能。每次调用 Counter 对象时，计数器的值会增加，并返回新的计数值。

总结而言，函数对象相比普通函数具有自己的状态，这使得它们可以在多次调用之间保持数据，并根据状态的变化改变行为。这种功能使得函数对象在许多应用场景中非常有用，例如实现计数器、缓存等。

二.谓词

概念:

• 返回bool类型的仿函数称为谓词
• 如果operator()接受一个参数，那么叫做一元谓词
• 如果operator()接受两个参数，那么叫做二元谓词

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返回 bool 类型的仿函数被称为谓词（Predicate）。谓词通常用于对某些条件进行判断，并返回相应的布尔值。

此外，根据 operator() 接受的参数数量，可以将谓词进一步分类为一元谓词（Unary Predicate）和二元谓词（Binary Predicate）。

• 一元谓词是指 operator() 只接受一个参数的谓词。它用于对单个对象进行判断，返回一个布尔值。一元谓词通常用于像 std::find_if、std::remove_if 等算法中。
• 二元谓词是指 operator() 接受两个参数的谓词。它用于对两个对象进行比较或判断，返回一个布尔值。二元谓词通常用于像 std::sort、std::find 等算法中，用于指定排序规则或比较条件。

通过使用谓词，我们可以灵活地对对象进行条件判断和过滤。

以下是一个简单的示例，展示了一元谓词和二元谓词的概念：

#include 
#include 
#include 

// 一元谓词
struct IsEven
{
    bool operator()(int n) const
    {
        return n % 2 == 0;
    }
};

// 二元谓词
struct IsLess
{
    bool operator()(int a, int b) const
    {
        return a < b;
    }
};

int main()
{
    std::vector<int> numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    
    // 使用一元谓词查找第一个偶数
    auto it = std::find_if(numbers.begin(), numbers.end(), IsEven());
    if (it != numbers.end())
    {
        std::cout << "First even number: " << *it << std::endl;
    }
    
    // 使用二元谓词排序
    std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), IsLess());
    
    // 输出排序结果
    std::cout << "Sorted numbers: ";
    for (int num : numbers)
    {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

在上述示例中，IsEven 是一个一元谓词，通过重载 operator() 来判断一个数字是否为偶数。IsLess 是一个二元谓词，通过重载 operator() 实现了两个数字的比较操作。

我们在主函数中使用了一元谓词来查找第一个偶数，并使用二元谓词对数组进行排序。

总结来说，返回 bool 类型的函数对象被称为谓词。根据 operator() 接受的参数数量，谓词可以进一步分类为一元谓词和二元谓词。谓词在标准库的算法中大量使用，用于自定义比较和条件判断。

---

find_if

、std::find_if 是 C++ 标准库中的一个算法函数，它的作用是在给定的范围内查找满足指定条件的元素，并返回第一个满足条件的元素的迭代器。

函数签名如下所示：

template <class InputIt, class UnaryPredicate>
InputIt find_if(InputIt first, InputIt last, UnaryPredicate p);

参数说明：

• first 和 last：表示要查找的元素范围，first 表示范围的起始位置，last 表示范围的结束位置（不包含在范围内）。
• p：一个一元谓词，用于判断元素是否满足条件。

函数返回值是一个迭代器，指向范围内第一个满足条件的元素，如果没有找到满足条件的元素，则返回 last。

以下是一个简单的示例，展示了 std::find_if 的使用：

#include 
#include 
#include 

struct IsEven
{
    bool operator()(int n) const
    {
        return n % 2 == 0;
    }
};

int main()
{
    std::vector<int> numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    // 使用一元谓词查找第一个偶数
    auto it = std::find_if(numbers.begin(), numbers.end(), IsEven());
    if (it != numbers.end())
    {
        std::cout << "First even number: " << *it << std::endl;
    }

    return 0;
}

在上述示例中，我们定义了一个一元谓词 IsEven，用于判断一个数字是否为偶数。然后，我们使用 std::find_if 函数在 numbers 容器中查找第一个满足条件的偶数，并输出结果。

值得注意的是，std::find_if 在查找到满足条件的元素后，会立即停止搜索并返回该元素的迭代器。如果要查找出多个满足条件的元素，可以使用 std::find_if 结合其他算法函数或循环进行迭代查找。

三.内建函数对象

当涉及到内建函数对象时，可以根据它们的功能将它们分为三类: 算术函数对象、逻辑函数对象和关系函数对象。

1. 算术函数对象：

   • std::plus: 加法操作。
   • std::minus: 减法操作。
   • std::multiplies: 乘法操作。
   • std::divides: 除法操作。
   • std::modulus: 取模操作。

2. 逻辑函数对象：

   • std::logical_and: 逻辑与操作。
   • std::logical_or: 逻辑或操作。
   • std::logical_not: 逻辑非操作。

3. 关系函数对象：

   • std::less: 小于比较。
   • std::less_equal: 小于等于比较。
   • std::greater: 大于比较。
   • std::greater_equal: 大于等于比较。
   • std::equal_to: 等于比较。
   • std::not_equal_to: 不等于比较。

这些函数对象可以通过重载 operator() 来执行特定的操作或比较，它们被设计为与标准库算法一起使用，以提供通用的功能。通过使用这些函数对象，我们可以以一种通用且灵活的方式处理算术、逻辑和关系操作。

当涉及到内建函数对象时，我们可以通过以下示例来展示它们的使用：

1. 算术函数对象：

#include 
#include 

int main() {
    std::plus<int> add;

    int a = 5, b = 10;

    int result = add(a, b);
    std::cout << "Addition result: " << result << std::endl;  // 输出：15

    return 0;
}

在上述示例中，我们使用了 std::plus 函数对象来执行加法操作，将数字 a 和 b 相加，并将结果存储在 result 变量中。

2. 逻辑函数对象：

#include 
#include 

int main() {
    std::logical_and<bool> logicAnd;

    bool value1 = true, value2 = false;

    bool result = logicAnd(value1, value2);
    std::cout << "Logical AND result: " << std::boolalpha << result << std::endl;  // 输出：false

    return 0;
}

在上述示例中，我们使用了 std::logical_and 函数对象来执行逻辑与操作，对 value1 和 value2 进行逻辑与运算，并将结果存储在 result 变量中。

3. 关系函数对象：

#include 
#include 

int main() {
    std::less<int> lessThan;

    int a = 5, b = 10;

    bool result = lessThan(a, b);
    std::cout << "Less than result: " << std::boolalpha << result << std::endl;  // 输出：true

    return 0;
}

在上述示例中，我们使用了 std::less 函数对象来执行小于比较，判断 a 是否小于 b，并将结果存储在 result 变量中。

这些示例演示了如何使用内建函数对象进行算术、逻辑和关系操作。您可以通过实例化适当的函数对象类模板，然后将其用作函数调用，以便执行所需的操作或比较。

请注意，这些示例可能只是演示了函数对象的一小部分用法，这些函数对象在标准库的算法和其他使用场景中非常有用。

好的，下面是一个整理成表格的例子，展示了内建函数对象及其用途的示例。

函数对象	用途	示例
std::plus	加法操作	std::plus()(2, 3) // 输出：5
std::minus	减法操作	std::minus()(5, 2) // 输出：3
std::multiplies	乘法操作	std::multiplies()(3, 4) // 输出：12
std::divides	除法操作	std::divides()(10, 2) // 输出：5
std::modulus	取模操作	std::modulus()(10, 3) // 输出：1
std::logical_and	逻辑与操作	std::logical_and()(true, false) // 输出：false
std::logical_or	逻辑或操作	std::logical_or()(true, false) // 输出：true
std::logical_not	逻辑非操作	std::logical_not()(true) // 输出：false
std::less	小于比较	std::less()(2, 5) // 输出：true
std::less_equal	小于等于比较	std::less_equal()(5, 5) // 输出：true
std::greater	大于比较	std::greater()(5, 2) // 输出：true
std::greater_equal	大于等于比较	std::greater_equal()(5, 5) // 输出：true
std::equal_to	相等比较	std::equal_to()(2, 2) // 输出：true
std::not_equal_to	不等比较	std::not_equal_to()(2, 5) // 输出：true