C++仿函数详解

内容整理自国外C++教材

先考虑一个简单的例子:假设有一个vector<string>,你的任务是统计长度小于5的string的个数,如果使用count_if函数的话,你的代码可能长成这样:

1 bool LengthIsLessThanFive(const string& str) {
2      return str.length()<5;    
3 }
4 int res=count_if(vec.begin(), vec.end(), LengthIsLessThanFive);

其中count_if函数的第三个参数是一个函数指针,返回一个bool类型的值。一般的,如果需要将特定的阈值长度也传入的话,我们可能将函数写成这样:

1 bool LenthIsLessThan(const string& str, int len) {
2     return str.length()<len;
3 }

这个函数看起来比前面一个版本更具有一般性,但是他不能满足count_if函数的参数要求:count_if要求的是unary function(仅带有一个参数)作为它的最后一个参数。所以问题来了,怎么样找到以上两个函数的一个折中的解决方案呢?

这个问题其实可以归结于一个data flow的问题,要设计这样一个函数,使其能够access这个特定的length值,回顾我们已有的知识,有三种解决方案可以考虑:

1、函数的局部变量;

局部变量不能在函数调用中传递,而且caller无法访问。

2、函数的参数;

这种方法我们已经讨论过了,多个参数不适用于count_if函数。

3、全局变量;

我们可以将长度阈值设置成一个全局变量,代码可能像这样:

1 int maxLength;
2 bool LengthIsLessThan(const string& str) {
3     return str.length()<maxLength;
4 }
5 int res=count_if(vec.begiin(), vec.end(), LengthIsLessThan);

这段代码看似很不错,实则不符合规范,刚重要的是,它不优雅。原因有以下几点要考虑:

1、容易出错;

为什么这么说呢,我们必须先初始化maxLength的值,才能继续接下来的工作,如果我们忘了,则可能无法得到正确答案。此外,变量maxLength和函数LengthIsLessThan之间是没有必然联系的,编译器无法确定在调用该函数前是否将变量初始化,给码农平添负担。

2、没有可扩展性;

如果我们每遇到一个类似的问题就新建一个全局变量,尤其是多人合作写代码时,很容易引起命名空间污染(namespace polution)的问题;当范围域内有多个变量时,我们用到的可能不是我们想要的那个。

3、全局变量的问题;

每当新建一个全局变量,即使是为了coding的便利,我们也要知道我们应该尽可能的少使用全局变量,因为它的cost很高;而且可能暗示你这里有一些待解决的优化方案。

说了这么多,还是要回到我们原始的那个问题,有什么解决方案呢?答案当然就是这篇blog的正题部分:仿函数。

我们的初衷是想设计一个unary function,使其能做binary function的工作,这看起来并不容易,但是仿函数能解决这个问题。

先来看仿函数的通俗定义:仿函数(functor)又称为函数对象(function object)是一个能行使函数功能的类。仿函数的语法几乎和我们普通的函数调用一样,不过作为仿函数的类,都必须重载operator()运算符,举个例子:

1 class Func{
2     public:
3         void operator() (const string& str) const {
4             cout<<str<<endl;
5         }
6 };
1 Func myFunc;
2 myFunc("helloworld!");
>>>helloworld!

仿函数其实是上述解决方案中的第四种方案:成员变量。成员函数可以很自然的访问成员变量:

1 class StringAppend{
 2     public:
 3         explicit StringAppend(const string& str) : ss(str){}
 4 
 5         void operator() (const string& str) const{
 6              cout<<str<<' '<<ss<<endl;
 7         }
 8     
 9     private:
10         const string ss;  
11 };
12 
13 StringAppend myFunc("is world");
14 myFunc("hello");
>>>hellois world

我相信这个例子能让你体会到一点点仿函数的作用了;它既能想普通函数一样传入给定数量的参数,还能存储或者处理更多我们需要的有用信息。

让我们回到count_if的问题中去,是不是觉得问题变得豁然开朗了?

1 class ShorterThan {
2     public:
3         explicit ShorterThan(int maxLength) : length(maxLength) {}
4         bool operator() (const string& str) const {
5             return str.length() < length;
6         }
7     private:
8         const int length;
9 };
1 count_if(myVector.begin(), myVector.end(), ShorterThan(length));//直接调用即可

这里需要注意的是,不要纠结于语法问题:ShorterThan(length)似乎并没有调用operator()函数?其实它调用了,创建了一个临时对象。你也可以自己加一些输出语句看一看。

这篇博文就先记到这里了,仿函数也在STL中大量涉及到,不彻底弄懂仿函数的问题看到STL源码就会一头包。后续可能再分享一些关于functor的资料和个人学习心得。

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