C++ 仿函数和适配器

本文从不断复杂的应用场景入手，来说明C++设计仿函数和适配器的原因，并深入源码来介绍仿函数和适配器的使用方法。

仿函数

现有一个vector，需要统计大于8的元素个数。
使用std::count_if，代码可能长这个样子。

bool greaterThan8(int n){
	return n > 8;
}
int count = count_if(vec.begin(), vec.end(), greaterThan8);

count_if第三个参数接收的是一个函数指针，并且这个函数指针只接收一个参数，返回值是bool。
count_if是将参数1和参数2之间的每一项都会作为参数去调用第三个参数，然后返回第三个参数每一次true的次数。

这里是将8直接写在这里，并不符合编程规则，也不容易维护。

或者新加个参数

bool greaterThanN(int n, int x){
	return n > x;
}

看起来可以解决问题。
但是上文说了，count_if的第三个参数函数指针，只能接收一个参数。

如何取消这个参数呢？
1、全局变量

int minValue = 8;
bool greaterThanN(int n){
	return n > minValue ;
}

能解决问题，但是并不优雅。
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，则结果未定义。
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。
需要使用者自己控制，则增加维护成本和出错可能性。

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。

3、全局变量的问题
　　全局变量花销很大，一般是编程过程中极力避免的

2. 宏

#define VALUE 8
bool greaterThanN(int n){
	return n > VALUE;
}

换成宏是节省了全局变量的代价。但是依然不够优雅，容易出错且可扩展性差。

3.成员变量
我们既想要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。
如果存成成员变量，那成员函数调用不就是很正常的事了吗？

对，为了实现上面的内容，C++语言引入了仿函数的概念。
仿函数（functor），其实是像函数一样使用的对象，也被称为函数对象（function object）。仿函数里面重载了"()"操作符，是我们可以像调用函数一样调用它。

仿函数的基本使用

class functor {
public:
        functor(int x) { value =x; }
	void operator()(const int& x) { cout << x+value << endl;}
private:
        int value;
};

functor fun(10);
fun(5); //15

为了满足文初的应用场景，使用仿函数的代码，大概长这样

template<typename T>
class greater{
public:
	greater(const T&x) { info = x; }
	bool operator()(const T& x) { return info > x; }
private:
	T info;
};

调用代码

greater<int> ge(20);
int count = count_if(vec.begin(), vec.end(), ge);

或者直接使用临时变量

int count = count_if(vec.begin(), vec.end(), greater<int>(20));

当然，这里可以不用模板，但是为了扩展和方便，建议还是养成用模板的习惯。

另外，不用普通函数指针是因为函数指针的局限：

1. 不能满足STL的抽象要求
   参数，返回值如何设置
2. 无法和STL其他组件交互

template<typename _Kty, typename _Pr = less<_Kty>,...>
class set{...};

class Person{...};

std::set<Person, std::less<Person> > set1, set2; //operator<做排序行为
std::set<Person, std::greater<Person> >set3,set4;//operator>做排序行为

set1 = set2;  //正确，相同的型别
set1 = sete3; //错误，不同的型别！

STL中也预先实现了一些仿函数，需要包头文件#include<functional>

另外在c++11里面可以通过lambda表达式解决上述问题:

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int> c{ 1, 5, 3, 4, 5, 6, 7 };
    int x = 5;
    int k=std::count_if(c.begin(), c.end(), [x](int n){return x == n; });
    cout << k << endl;
    return 0;
}

适配器

bind1st/bind2nd

vector<int> vec{0,0,0,10};

怎么找到第一个非0元素？
通过std::not_equal_to，代码应该是下面这样

std::vector<int>::iterator it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), 
  std::not_equal_to<int>(0));

无法通过编译。为什么？

• not_equal_to结构没有一个参数的构造函数
• not_equal_to的operator()需要接受两个参数

template<class _Ty = void>
	struct not_equal_to
	{	// functor for operator!=
	typedef _Ty first_argument_type;
	typedef _Ty second_argument_type;
	typedef bool result_type;

	_CONST_FUN bool operator()(const _Ty& _Left, const _Ty& _Right) const
		{	// apply operator!= to operands
		return (_Left != _Right);
		}
	};

现在，这里需要一个插座，也就是适配器模式里的适配器。

typename std::not_equal_to<int>::first_argument_type nonZeroItem(0);
std::not_equal_to<int> f;
std::vector<int>::iterator iter = find_if(vec.begin(), vec.end(),
	std::binder1st<std::not_equal_to<int> >(f, nonZeroItem));

具体调用如下

使用f, nonZeroItem来构造std::not_equal_to<int>类型的bind1st。operator()实际上调用的是std::not_equal_to<int> 的operator()。

为了方便使用，std使用bind1st进行了封装

template<class _Fn2,
	class _Ty> inline
	binder1st<_Fn2> bind1st(const _Fn2& _Func, const _Ty& _Left)
	{	// return a binder1st functor adapter
	typename _Fn2::first_argument_type _Val(_Left);
	return (binder1st<_Fn2>(_Func, _Val));
	}

那我们的代码应该会变成这个样子

	std::vector<int>::iterator iter = find_if(vec.begin(), vec.end(),
		std::bind1st(std::not_equal_to<int>(), 0));

binder2nd和binder1st类似。区别只在于_Func操作的是左值还是右值。
也就是说以下两句代码的同义的

std::vector<int>::iterator iter = find_if(vec.begin(), vec.end(),
		std::bind1st(std::less<int>(), 0));  //std::bind2nd(std::greater<int>(), 0)

std::vector<int>::iterator iter = find_if(vec.begin(), vec.end(),
		std::bind2nd(std::greater<int>(), 0));

bind1st操作的是左值，找到第一个X，使满足0 < X
bind2nd操作的是右值，找到第一个X，使满足X > 0

mem_fun/mem_fun_ref

设计和上面类似，是用于适配对象的函数

需求：打印vector中所有Person类的成员

	std::vector<Person*> vec;
	vec.push_back(new Person("I",1));
	vec.push_back(new Person("love", 2));
	vec.push_back(new Person("u", 3));
	vec.push_back(new Person("so much", 4));

	std::for_each(vec.begin(), vec.end(), &Person::Print); //编译不通过

如何能在函数中调用对象的成员函数呢？
首先,有对象obj，和函数fun，调用方法有如下几种：

1. fun(obj)  //fun是全局函数，非成员函数
2. obj.fun()  //obj非指针，fun是成员函数
3. obj->fun() //obj指针对象，fun是成员函数

for_each会调用_For_each
只接收fun(obj)的调用

所以代码应该是下面这个样子

std::for_each(vec.begin(), vec.end(), std::mem_fun(&Person::Print));

具体调用

mem_fun_ref类似，但是用于容器中存放的不是指针的情况

释放内存

方法一
	for (vector<Person*>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
		delete (*it);
	vec.clear();

方法二
struct DeleteItem {
	template<typename _Ty>
	void operator()(const _Ty p) const
	{
		delete (p);
	}
};
std::for_each(vec.begin(), vec.end(), DeleteItem());
vec.clear();

注意

1、有继承的情况下，容器存放指针而不是对象

• 对象拷贝比指针拷贝对象大得多
• 父对象的容器存放子对象时，数据会Slice

2、使用指针记得释放内存
3、尽量用算法代替手写循环
代码更优雅，据说速度更快，但是还没测试过