【C++】仿函数、lambda表达式、包装器

news2024/11/27 21:05:49

1.仿函数

仿函数是什么？仿函数就是类中的成员函数，这个成员函数可以让对象模仿函数调用的行为。

  • 函数调用的行为：函数名(函数参数)
  • C++中可以让类实现：函数名(函数参数)调用函数

自己写一个仿函数：

  • 重载()运算符
class Sum
{
public:
	int operator()(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
};

1.1 operator()的调用方式

成员函数operator()由三种调用方式：

函数重载的显示调用、重载的隐式调用、类名()仿函数调用。

int main()
{
	Sum object;
	cout << object.operator()(1, 3) << endl; // 重载函数的显示调用
	cout << object(1, 4) << endl; // 重载的隐式调用
	cout << Sum()(1, 5) << endl;// 类名() 这种形态的调用叫仿函数
	return 0;
}

接触比较多的仿函数是两个排序准则：greater<>()，less<>()。

1.2 greater<>()和less<>()的使用

C++中有sort函数，实现在algorithm中，库中的sort函数默认是升序的；

可以先看一下sort的原型：

template <class _RanIt>
_CONSTEXPR20 void sort(const _RanIt _First, const _RanIt _Last) { // order [_First, _Last)
    _STD sort(_First, _Last, less<>{});
}

sort的最后一个参数，传递的是一个仿函数，默认是less<>()。

void Print(vector<int> v)
{
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	vector<int> v{ 8, 1, 5, 0, 9 };
	sort(v.begin(), v.end());
	Print(v);
	return 0;
}

打印函数Print需要多次使用，多以进行封装。

如果不使用默认的less<>()，使用greater<>()，是不是就是降序排列？

int main()
{
	vector<int> v{ 8, 1, 5, 0, 9 };
	sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
	Print(v);
	return 0;
}

那知道了仿函数的原理，我们也可以自己手写一个仿函数：

template <class T>
class Compare
{
public:
	bool operator()(T a, T b)
	{
		return a < b;// 左边小，右边大，为升序
	}
};
int main()
{
	vector<int> v{ 8, 1, 5, 0, 9 };
	sort(v.begin(), v.end(), Compare<int>());
	Print(v);
	return 0;
}

2.lambda表达式

2.1 基本语法

lambda表达式书写格式： [捕捉列表] (参数) -> 返回值{ statement }

  • 返回值一般都不写，编译器会自动推导

我们先来写一个简单的lambda：

// 交换的lambda
int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	auto swap = [](int& x, int& y) {int tmp = x; x = y; y = tmp; };
	swap(x, y);
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

这里我们并没有使用到捕捉列表，其实使用捕捉列表会更加简单：

int main()
{
	int x = 0, y = 1;
	auto swap = [&x, &y]{int tmp = x; x = y; y = tmp; };
	swap();
	cout << x << " " << y << endl;
	return 0;
}

2.2 lambda表达式与仿函数

观察下面一段程序：

struct Goods
{
	string _name; // 名字
	double _price; // 价格
	int _evaluate; // 评价
	Goods(const char* str, double price, int evaluate)
		:_name(str)
		, _price(price)
		, _evaluate(evaluate)
	{}
};
struct ComparePriceLess
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price < gr._price;
	}
};
struct ComparePriceGreater
{
	bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
	{
		return gl._price > gr._price;
	}
};
int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
   3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

按照商品的名字、价格、评价排序，而且可以从小到大排，也可以从大到小排，所以有六种排序方式；如果给sort传递仿函数，那么需要我们写六个类，重载operator()。

使用lambda表达式的话就很容易解决：

int main()
{
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
   3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
	// 按名字排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods g1, const Goods g2) {return g1._name < g2._name; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods g1, const Goods g2) {return g1._name > g2._name; });
	//按价格排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods g1, const Goods g2) {return g1._price < g2._price; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods g1, const Goods g2) {return g1._price > g2._price; });
	// 按评价排序
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods g1, const Goods g2) {return g1._evaluate < g2._evaluate; });
	sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods g1, const Goods g2) {return g1._evaluate > g2._evaluate; });
}

3.包装器

3.1 function

C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。

那么我们来看看，我们为什么需要function呢？

ret = func(x);
// 上面func可能是什么呢？那么func可能是函数名？函数指针？函数对象(仿函数对象)？也有可能
是lamber表达式对象？所以这些都是可调用的类型！如此丰富的类型，可能会导致模板的效率低下！
为什么呢？我们继续往下看
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{
    static int count = 0;
    cout << "count:" << ++count << endl;
    cout << "count:" << &count << endl;
    return f(x);
}
double f(double i)
{
	return i / 2;
}
struct Functor
{
	double operator()(double d)
    {
    return d / 3;
    }
};
int main()
{
    // 函数名
    cout << useF(f, 11.11) << endl;
    // 函数对象
    cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;
    // lamber表达式
    cout << useF([](double d)->double{ return d/4; }, 11.11) << endl;
    return 0;
}

count的地址不同，说明useF函数模板实例化了三份，效率降低。

使用包装器解决上面的问题。

std::function在头文件<functional>
// 类模板原型如下
template <class T> function;     // undefined
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;
模板参数说明：
Ret: 被调用函数的返回类型
Args…：被调用函数的形参

#include <functional>
int f(int a, int b)
{
	return a + b;
}
struct Functor
{
public:
	int operator() (int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
};
class Plus
{
public:
	static int plusi(int a, int b)
	{
		return a + b;
	}
	double plusd(double a, double b)
	{
		return a + b;
	}
};
int main()
{
	// 函数名(函数指针)
	std::function<int(int, int)> func1 = f;
	cout << func1(1, 2) << endl;
	// 函数对象
	std::function<int(int, int)> func2 = Functor();
	cout << func2(1, 2) << endl;
	// lamber表达式
	std::function<int(int, int)> func3 = [](const int a, const int b)
	{return a + b; };
	cout << func3(1, 2) << endl;

	// 类的成员函数
	std::function<int(int, int)> func4 = Plus::plusi;
	cout << func4(1, 2) << endl;
	std::function<double(Plus, double, double)> func5 = &Plus::plusd;
	cout << func5(Plus(), 1.1, 2.2) << endl;//非静态成员函数的指针需要类对象调用Plus()是一个匿名对象
	return 0;
}

下面看useF使用包装器后的效果：

template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{
    static int count = 0;
    cout << "count:" << ++count << endl;
    cout << "count:" << &count << endl;
    return f(x);
}
double f(double i)
{
    return i / 2;
}
struct Functor
{
    double operator()(double d)
    {
        return d / 3;
    }
};
int main()
{
    std::function<double(double)> f1 = f;
    cout << useF(f1, 11.11) << endl;
    std::function<double(double)> f2 = Functor();
    cout << useF(f2, 11.11) << endl;
    std::function<double(double)> f3 = [](double d)->double { return d / 4; };
    cout << useF(f3, 11.11) << endl;
    return 0;
}

观察可以看出，使用包装器后useF只实例化出了一份。

3.2 bind

std::bind函数定义在头文件中，是一个函数模板，它就像一个函数包装器，接受一个可调用对象,生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表。一般而 言，我们用它可以把一个原本接收N个参数的函数fn，通过绑定一些参数，返回一个接收M个参数的新函数。同时，使用std::bind函数还可以实现参数顺序调整等操作。

函数原型：

template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);
// with return type (2) 
template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);

arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是“占位符”，表示

newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的“位置”。数值n表示生成的可调用对

象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数，以此类推。

下面举一个例子来更好的理解bind：

void print(int a, int b, int c)
{
	cout << a << " " << b << " " << c << endl;
}
int main()
{
	auto foo1 = std::bind(print, 1, 2, 3);
	foo1();
	auto foo2 = std::bind(print,1, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);// _1和_2是有顺序的
	foo2(1, 3);// 1 1 3
	foo2(3, 1);// 1 3 1
	return 0;
}

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