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

//for_each，find_if 
#include <iostream>
#include <cstdlib>      // Need rand(), srand()
#include <ctime>        // Need time()
#include <vector>       // Need vector
#include <algorithm>    // Need for_each()
#define VSIZE 24        // Size of vector
using namespace std;

vector<long> v(VSIZE);  // Vector object
 
// Function prototypes
void initialize(long &ri);
void show(const long &ri);
bool isMinus(const long &ri);  // Predicate function
 
int main()
{
      srand( time(NULL) );      // Seed random generator
      
     //for_each遍历容器，initialize函数负责初始化容器中的元素 
      for_each(v.begin(), v.end(), initialize);
    
      cout << "Vector of signed long integers" << endl;
      //for_each遍历容器，show函数负责按顺序输出 
      for_each(v.begin(), v.end(), show);
    cout << endl;
 
      // Use predicate function to count negative values
      //    使用判定函数对负数个数进行计数
      
      int count = 0;
      vector<long>::iterator p;
      p = for_each(v.begin(), v.end(), isMinus);//调用断言函数
      while (p != v.end()) 
    {
        count++;
        p = find_if(p + 1, v.end(), isMinus);
      }
      cout << "Number of values: " << VSIZE << endl;
      cout << "Negative values : " << count << endl;
 
      return 0;
}
 
// Set ri to a signed integer value
void initialize(long &ri)    //用随机数初始化容器 
{
      ri = ( rand() - (RAND_MAX / 2) );
      //  ri = random();
}
 
// Display value of ri
void show(const long &ri)    //输出 
{
      cout << ri << "  ";
}
 
// Returns true if ri is less than 0
bool isMinus(const long &ri)    //负数判断 
{
      return (ri < 0);
}

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：

TAnyClass object;    // Construct object
object();                 // Calls TAnyClass::operator()() function
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。

//accum.cpp
#include <iostream>
//#include <numeric>      // Need accumulate()
#include <vector>       // Need vector
#include <functional>   // Need multiplies() (or times())
#define MAX 10
using namespace std;

vector<long> v(MAX);    // Vector object
 
int main()
{
      // Fill vector using conventional loop
      //
      for (int i = 0; i < MAX; i++)
      {
        v[i] = i + 1;
   }
 
      // Accumulate the sum of contained values
      //
      long sum = accumulate(v.begin(), v.end(), 0);
      
      cout << "Sum of values == " << sum << endl;
 
      // Accumulate the product of contained values
      //
      long product = accumulate(v.begin(), v.end(), 1, multiplies<long>());//注意这行
   
    cout << "Product of values == " << product << endl;
 
      return 0;
}

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：

//randfunc.cpp
#include <iostream>
#include <cstdlib>     // Need rand(), srand()
#include <ctime>       // Need time()
#include <algorithm>   // Need random_shuffle()
#include <vector>      // Need vector
#include <functional>  // Need ptr_fun()
#include <iterator>
using namespace std;
 
// Data to randomize
int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
vector<int> v(iarray, iarray + 10);        //以iarray数组中的元素初始化vector 
 
// Function prototypes
void Display(vector<int>& vr, const char *s);
unsigned int RandInt(const unsigned int n);
 
int main()
{
    srand( time(NULL) );  // Seed random generator
      Display(v, "Before shuffle:");
 
      pointer_to_unary_function<unsigned int, unsigned int>ptr_RandInt = ptr_fun(RandInt);  // Pointer to RandInt()//注意这行
      random_shuffle(v.begin(), v.end(), ptr_RandInt);
      Display(v, "After shuffle:");
      return 0;
}
 
// Display contents of vector vr
void Display(vector<int>& vr, const char *s)
{
      cout << endl << s << endl;
      copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
      cout << endl;
}
 
 
// Return next random value in sequence modulo n
unsigned int RandInt(const unsigned int n)
{
      return rand() % n;
}

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。

//fiborand.cpp
#include <iostream>
#include <algorithm>   // Need random_shuffle()
#include <vector>      // Need vector
#include <functional>  // Need unary_function
#include <iterator>
using namespace std;
 
// Data to randomize
int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
vector<int> v(iarray, iarray + 10);
 
// Function prototype
void Display(vector<int>& vr, const char *s);
 
// The FiboRand template function-object class
template <class Arg>
class FiboRand : public unary_function<Arg, Arg> 
{
      int i, j;
      Arg sequence[18];
      
    public:
      FiboRand();
      Arg operator()(const Arg& arg);
};
 
int main()
{
      FiboRand<int> fibogen;  // Construct generator object
      
      cout << "Fibonacci random number generator" << endl;
      cout << "using random_shuffle and a function object" << endl;
      
      Display(v, "Before shuffle:");
      random_shuffle(v.begin(), v.end(), fibogen);
      Display(v, "After shuffle:");
}
 
// Display contents of vector vr
void Display(vector<int>& vr, const char *s)
{
    cout << endl << s << endl;
      copy(vr.begin(), vr.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));
      cout << endl;
}
 
// FiboRand class constructor
template<class Arg>
FiboRand<Arg>::FiboRand()
{
      sequence[17] = 1;
      sequence[16] = 2;
      for(int n = 15; n > 0; n--)
      {
        sequence[n] = sequence[n + 1] + sequence[n + 2];
     }
      i = 17;
      j = 5;
}
 
// FiboRand class function operator
template<class Arg>
Arg FiboRand<Arg>::operator()(const Arg& arg)
{
      Arg k = sequence[i] + sequence[j];
      sequence[i] = k;
      i--;
      j--;
      if (i == 0) i = 17;
      if (j == 0) j = 17;
      return k % arg;
}

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：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <list>
using namespace std;
 
// Data
int iarray[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
list<int> aList(iarray, iarray + 10);
 
int main()
{
      int k = 0;
      k = count_if(aList.begin(), aList.end(), bind1st(greater<int>(), 8));
      
      cout << "Number elements < 8 == " << k << endl;
      
    return 0;
}

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。