既然用函数对象与调用普通函数有相同的效果,为什么还有搞这么麻烦定义一个类来使用函数对象?主要在于函数对象有以下的优势:
1. 函数对象可以有自己的状态。我们可以在类中定义状态变量,这样一个函数对象在多次的调用中可以共享这个状态。但是函数调用没这种优势,除非它使用全局变量来保存状态。呃,面向对象编程。。。全局变量。。。。
2. 函数对象有自己特有的类型,而普通函数无类型可言。这种特性对于使用C++标准库来说是至关重要的。这样我们在使用STL中的函数时,可以传递相应的类型作为参数来实例化相应的模板,从而实现我们自己定义的规则。比如自定义容器的排序规则。
举几个使用函数对象的典型的例子:
第一个即自定义容器set对字符串string的排序规则。首先来定义相应的类并重载 “()” 来规定排序(这里我们按从大到小排序),
然后我们可以用这个类作为参数来初始化set容器:
这样容器内容输出为:“B“,”A",而不是默认情况下的"A","B"。
再举一个实用到内部状态的函数对象的例子。设想我们通过一个函数对象来产生一串连续的数字,可以任意规定起始数字,每调用一次,将返回下一个数字。相应的类可以如下设计:
为了测试,我们用到一个标准库函数:generate_n。这个函数自动调用我们传进去的函数对象n次,并将结果保存到指定的起始迭代器处。如下:
这里我们用dest来存放数字,初始化了一个函数对象SuccessiveNumGen(3),即起始数字为3。generate_n函数自动调用10次,结果存放在dest容器中。这里还用到了back_inserter函数,这是个函数适配器,它返回一个函数对象,能保证每次将结果放到容器dest的尾部。 函数适配器在后面会介绍,这里不再多说。我们只当它提供了我们存放数字的位置即可(切不可直接使用dest.end()!)。这样,最终容器中的内容为 3,4,5,6,……,12。通过使用不同的起始数字来初始化不同的函数对象,可以生成不同的数字序列。
此外,函数对象还有一个非常重要的用途,即作为谓词函数(Predicate)。谓词函数通常用来对传进来的参数进行判断,并返回布尔值。标准库中有大量的函数都定义了多个重载版本,其中包含由用户提供谓词函数的,比如:find_if,remove_if,等等。现在假设我们有一串数字,要从中找出第一个不小于10的数字。可以定义如下相应的类:
从而这样调用 find_if函数:find_if(dest.begin(),dest.end(),NoLess(10))即可,该函数返回第一个令函数对象返回true的值的位置(在这个例子中即10对应的迭代器位置)。
有一点需要指出的是,在调用用到函数对象的标准库算法时,除非显式地指定模板类型为“传引用”,否则默认情况下函数对象是”按值传递“的!因此,如果传递的是一个具有内部状态的函数对象,则被改变状态的是函数内部被复制的临时对象,函数结束后随之消失。真正传进来的函数对象状态并为改变。我们写个简单的测试程序来验证下,这个例子中我们来查找数字序列中的第3个数字:
测试如下:
输出结果为,确实能找到第三个数字(5),但查看nth的状态时,返回的m_count依然为0。说明nth确实未被修改。
一般情况下,至于是传值还是传引用,不会对我们造成太多影响。但还是有必要清楚这一点,困为有时候针对特定的实现会出现一些莫名其妙的问题,以下面的例子来说明:
我们通过remove_if函数来删除一个数字序列中的第3个数字,如下:
按正常思路来讲,删除第3个元素后输出应该是:1,2,4,5,6,7,8,9,10,10(至于最后为什么会出现两次10,这跟标准算法库设计思想有关:算法库绝不改变容器的大小!所谓的remove只是概念上的remove,被删的元素被丢到了后面,可以通过返回值来确定位置。标准算法库以后会进行说明,不是这部分的重点)。但实际情况却令人吃惊:1,2,4,5,7,8,9,10,9,10。
造成这种现象的原因与标准库的实现有关,在《The C++ Standard Library, A tutorial and reference》这本书上,作者给出一种造成这种情况的可能的实现:
在这个实现中,我们清晰地看出,函数对象op两次作为参数传递到find_if和remove_copy_if函数中,正是由于标准库默认的"按值传递”,导致两次传递进来的op都是最初始的状态,即m_count为0!这样一来,传递到remove_if函数中的op将从+next位置(next是第一次找到的将被删除的第三个位置)算起再次删除第三个元素,于是第六个元素也就被删除了。
此外,C++参考手册网站C++参考手册上提供的是这样一种可能的实现:
显然,这种实现则不会造成删除两次的情况,经过我的测试,结果确实是我们想要的:1,2,4,5,6,7,8,9,10,10。
可见,不是所有的返回布尔值的函数对象都适合作为谓词函数,比如这个例子,不同标准库具体的实现会造成不同的结果。因此,作为一个好的编程习惯,用作谓词函数的函数对象,其判断结果最好不要依赖内部变动的状态。
(待续)
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