C++之仿函数

 

仿函数(Functor、Function Object)

传递给STL算法的函数型参数(functional arguement)不一定要是函数，可以是行为类似于函数的对象，即Function Object或者Functor。

STL中大量运用了Function Object，也提供了很多预先定义的Function Object。

如果你定义了一个对象，其行为像函数，就可以拿来当函数使用。
那么什么才算具备函数行为呢？
函数行为：是指可以使用小括号传递参数，籍以调用某个东西
如：function(arg1,arg2);

在C++中要实现这个，你只要定义operator(),并给予适当的参数类型
类似于下面的定义：
class Functor
{
public:
      return-value operator(arguments) const;
};

 则现在我们就可以把这个类型的对象当函数调用了：
Functor f;
f(arg1,arg2);  //等价于f.operator(arg1,arg2);

 

最基本的仿函数举例：

/**

Function Object

*/

class PrintInt
{
public:
    void operator()(int elem) const
    {
        std::cout<<elem<<' ';
    }
};

void testPrintInt()
{
    std::vector<int> intVec;
    for(int i=1;i<10;++i)
        intVec.push_back(i);
    for_each(intVec.begin(),intVec.end(),
             PrintInt());    ///PrintInt()产生此类型的一个临时对象，当for_each算法的一个参数
    std::cout<<std::endl;
}

STL中for_each()算法大致实现如下：
template <typename Iterator, typename operation>
operation for_each(Iterator b,Iterator e,operation op)
{
    while(b++ != e)
    {
        op(*b);
    }
    return op;
}

在本例中，for_each()调用PrintInt::operator(*b);

仿函数的优点：
1.仿函数是对象，可以拥有成员函数和成员变量，即仿函数拥有状态(states)
2.每个仿函数都有自己的类型
3.仿函数通常比一般函数快（很多信息编译期确定）

举例子：现在要实现对集群中每个元素都加上一个固定值

/**
一般函数
用户期望在编译期就知道这个数
*/
void add10(int& value)
{
    value+=10;
}

/**
函数模板
需要数个不同的固定值，而它们在编译期都已确定
*/
template<int theValue>
void addValue(int& value)
{
    value+=theValue;
}

/**
仿函数
*/
class AddValue
{
private:
    int value;
public:
    AddValue(int v):value(v){}
    void operator()(int& elem) const
    {
        elem += value;
    }
};

void testAddValue()
{
    std::list<int> intList;
    for(int i=1;i<10;++i)
        intList.push_back(i);
    std::cout<<"Initialized:\n";
    copy(intList.begin(),intList.end(),
         std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));

    for_each(intList.begin(),intList.end(),
             add10);  ///调用函数，编译期确定10
    std::cout<<"\nAfter add10:\n";
    copy(intList.begin(),intList.end(),
         std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));

    for_each(intList.begin(),intList.end(),
             addValue<11>);///调用函数模板，编译期确定11

    std::cout<<"\nAfter addValue:\n";
    copy(intList.begin(),intList.end(),
         std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));

    //for_each(intList.begin(),intList.end(),
    //         addValue<*(intList.begin())>);  //error，因为template必须编译期知道模板参数，而这里是运行时才知道的
    //std::cout<<"\nAfter addValue:\n";
    //copy(intList.begin(),intList.end(),
    //     std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));

    for_each(intList.begin(),intList.end(),
             AddValue(15));
    std::cout<<"\nAfter AddValue 15:\n";
    copy(intList.begin(),intList.end(),
         std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));

    for_each(intList.begin(),intList.end(),
             AddValue(*intList.begin()));  ///执行期间，函数模板的优势！！
    std::cout<<"\nAfter AddValue dynamically:\n";
    copy(intList.begin(),intList.end(),
         std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));
}

STL提供了很多预定义的仿函数，如：

equal_to , not_equal_to , less , greater , less_equal , greater_equal , nagate, multiplies等

下面是几个运行STL预先定义仿函数的例子：

void testPreDefFunctor()
{
    std::list<int> intList;
    std::set<int,std::greater<int> > intSet;
    for(int i=1;i<10;++i)
    {
        intList.push_back(i);
        intSet.insert(i);
    }
    intList.sort(std::greater<int>());  ///从大到小排序
    transform(intList.begin(),intList.end(),  ///source1
              intList.begin(),///source2
              intList.begin(),///dest
              std::multiplies<int>());///operation
}