泛型算法：Tips (1) --- bind 基础

从 STL 出现到现在已经这么多年了，泛型算法是它的重要组成，也是其中最“看起来很美”的东西之一。然而在真实的程序设计中，它往往成为程序员的心头一痛，因为一旦要用 for_each ，accumulate 之类的算法做一些稍微复杂一点的事情，你就会发现自己一个头变成两个大。即便是有了 boost::bind 和 boost.lambda 的帮助，事情也仍然是扑朔迷离，求助于 comp.lang.c++ 虽然有用，但是又何尝不是一种无奈。好了，现在我开始收集一些来自 comp.lang.c++(.moderated) 的解答，希望日后对自己和他人有用。

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预备问题（算是第0个问题吧）：如何对一个 STL 容器内的所有元素做某件事情？

这取决于你要做什么，以及容器是什么。如果是 vector, list 这样的容器，而你要把它们全部 cout 出来，当前的标准 STL 解法是这样的：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <string>

int main()
{
std::vector<std::string> vect;
vect.push_back("Hello");
vect.push_back(", ");
vect.push_back("world!");

std::copy( vect.begin(), vect.end(),
std::ostream_iterator<std::string>(std::cout) );
}

基本上，这算是一个“过得去”的方案，但是有点问题：
1. 对于不熟悉这个固定用法的人，cout 所有元素所首要考虑算法是 for_each，而不是 copy ，事实上，for_each 也是最符合我们惯常逻辑的算法，因为在不使用 STL 算法的时候，我们使用 for 循环来干这件事。
2. 可读性不太良好，ostream_iterator 的使用有点 tricky ，而且也不能用于做其他的事情。

我想熟悉 boost 的人已经知道我下面要说什么了，因为用 boost.lambda 做这件事情的确非常漂亮：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>

#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>

using namespace boost::lambda;

int main()
{
std::vector<std::string> vect;
vect.push_back("Hello");
vect.push_back(", ");
vect.push_back("world!");

std::for_each( vect.begin(), vect.end(), std::cout << _1 );
}

这和前面的程序一样，输出我们熟悉的 Hello, world! 。直观、优雅而且容易修改，例如，如果你不是想要输出它们的值，而是想要输出它们的长度，只需要做很少的修改：

std::for_each( vect.begin(), vect.end(), std::cout << bind(&std::string::length, _1) << "\n" );

输出
5
2
6

bind 的作用是把 lambda 表达式绑定到一个函数或者一个数据成员，在这里的意思，就是对于每一个 string ，都调用其 length() 方法。_1 同样也可以成为赋值的对象，例如，先执行

std::for_each( vect[0].begin(), vect[0].end(), _1 = bind(&toupper, _1) );

然后再把这些 string 输出，你会得到

HELLO, world!

因为那一句对 "Hello" 中的每一个字母调用 toupper ，并把结果写回。

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第一个问题：如何对一个 map 中所有的 key 或者 value 做某件事情？

当然，这还是取决于你要做的是什么。手写 for 循环当然是万能的，但是现在有了那么多的泛型算法，我们可以考虑其他的方案了（这也是众多 C++ Gurus 推荐的思维方式）如果是把所有的 value 全部 cout 出来，用 boost.lambda 配合 for_each 还是比较优雅的（虽然没有像 vector 和 list 那样的优雅）：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <string>

#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>

using namespace boost::lambda;

int main()
{
std::map<int, std::string> strs;
strs[0] = "Hello";
strs[1] = ", ";
strs[2] = "world";
strs[3] = "!";

std::for_each( strs.begin(), strs.end(),
std::cout << bind(&std::map<int, std::string>::value_type::second, _1) );
}

这样的输出如我们所料，就是 Hello, world! 。

如果想要把 key 也输出，道理是一样的，只需要这样：

std::for_each( strs.begin(), strs.end(),
std::cout << bind(&std::map<int, std::string>::value_type::second, _1) << '\t'
<< bind(&std::map<int, std::string>::value_type::first, _1) << '\n'
);

其结果是：

Hello 0
, 1
world 2
! 3

因此，对于一个 map 中的 value 的操作往往可以依法炮制，如果我们想要在其中寻找 value 为 “world" 的那一个元素，并且输出它的 key ，只需要一句话：

std::cout <<
std::find_if( strs.begin(), strs.end(),
bind(&std::map<int, std::string>::value_type::second, _1) == "world" )->first;

STL 算法 find_if 接受的第三个参数是一个 prediate ，而生成这种临时的 functor 正是 lambda 的拿手好戏。上面的这句话也可以用 boost::bind 来做，只需要更改 include 和 using namespace ，代码本身无需更改。而如果你不借助于它们，你只有手写循环或者自己写一个 predicate 。

当情况变得复杂一些的时候，lambda 的用法也变得更加有趣了：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <string>

#include <boost/lambda/lambda.hpp>
#include <boost/lambda/bind.hpp>

using namespace boost::lambda;

class Person
{
public:
Person(){}
Person(const std::string& name) : name_(name){}

std::string Name()
{ return name_; }

private:
std::string name_;
};

int main()
{
std::map<int, Person> persons;
persons[123] = Person("Amy");
persons[234] = Person("Ralph");
persons[345] = Person("Simon");
persons[456] = Person("Maggie");

std::for_each( persons.begin(), persons.end(),
std::cout << bind(&std::map<int, Person>::value_type::first, _1) << '\t'
<< bind(&Person::Name,
bind(&std::map<int, Person>::value_type::second, _1)) << '\n'
);

std::cout << "Ralph's Id is: " <<
std::find_if( persons.begin(), persons.end(),
bind(&Person::Name,
bind(&std::map<int, Person>::value_type::second, _1)) == "Ralph" )->first;
}

这里 map 的 value 元素不再是一个单纯的 string，我们要输出的是这个 value 的 Name() ，幸好 lambda 的绑定可以级联，所以我们仍然可以用 STL 算法在一个表达式之内搞定这些任务：for_each 输出 key 和 value 的 Name()，而 find_if 找到 value 的 Name() 为 "Ralph" 的那一个元素，输出是这样的：

123 Amy
234 Ralph
345 Simon
456 Maggie
Ralph's Id is: 234