1015_for_each()的使用

本文详细探讨了STL中的for_each()算法,并通过多种编程范式展示其使用方法,包括过程式、面向对象及泛型编程等。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

http://www.cnblogs.com/Purple_Xiapei/archive/2012/05/27/2520477.html

Abstract
之前在(原創) 如何使用for_each() algorithm? (C/C++) (STL) 曾經討論過for_each(),不過當時功力尚淺,只談到了皮毛而已,這次看了effective STL的item 41、43後,對for_each()又有了更深入的了解,因此做了本篇心得報告。

Motivation
看到了eXile的C++中实现 foreach使用了巨集對foreach做改善,也看到了很多人對STL style的for_each()做討論,使我想對STL的for_each()再做了一次研究。

Introduction
學習過STL的container後,想要存取每一個iterator,你一定寫過以下的程式

#include  < vector >
#include 
< iostream >

using   namespace  std;

int  main()  {
  
int ia[] = {123};
  vector
<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
  
  
for(vector<int>::const_iterator iter = ivec.begin(); iter != ivec.end(); ++iter) {
    cout 
<< *iter << endl;
  }

}


執行結果

1
2
3


當時我覺得STL什麼都好,就是以下這一串又臭又長

for (vector < int > ::const_iterator iter  =  ivec.begin(); iter  !=  ivec.end();  ++ iter)  {


若不常寫,一時還會寫不出來,其實若配合container,C++其實不應該這樣寫迴圈,正確的方式該使用for_each(),語法會變的相當簡單。

for_each()事實上是個function template,其實做如下[effective STL item 41]

template < typename InputIterator, typename Function >
Function for_each(InputIterator beg, InputIterator end, Function f) 
{
  
while(beg != end) 
    f(
*beg++);
}


由以上source可知,for_each()只能配合global function和function object。

以下我們將對procedure based、object oriented、generics三種paradigm與for_each()搭配做探討。

Procedure Based與for_each()搭配
1.不傳入參數

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_GlobalFunction.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with global function
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12
13 using   namespace  std;
14
15 void  printElem( int &  elem)  {
16  cout << elem << endl;
17}

18
19 int  main()  {
20  int ia[] = {123};
21  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
22  
23  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem);
24}


執行結果

1
2
3


23行

for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem);


只需將vector::begin(),vector::end()和global function name傳給for_each()即可,再也不用for迴圈那種複雜的語法了。 

2.傳入參數
若要傳參數給global function,就不能再只傳global function name而已,必須透過ptr_fun()這個function adapter將global function轉成function object,然後再用bind2nd()將參數bind成一個function object。

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_GlobalFunctionWithParameter.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with global function with Parameter
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12 #include  < functional >
13
14 using   namespace  std;
15
16 void  printElem( int  elem,  const   char *  prefix)  {
17  cout << prefix << elem << endl;
18}

19
20 int  main()  {
21  int ia[] = {123};
22  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
23  
24  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), bind2nd(ptr_fun(printElem), "Element:"));
25}


執行結果

Element: 1
Element:
2
Element:
3


Object Oriented與for_each()搭配
1.不傳入參數
使用function object

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionObject.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with function object
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12
13 using   namespace  std;
14
15 struct  printElem  {
16  void operator() (int elem) {
17    cout << elem << endl;
18  }
 
19}
;
20
21 int  main()  {
22  int ia[] = {123};
23  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
24  
25  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem());
26}


執行結果

1
2
3


2.傳入參數
若使用function object,也可以將參數傳給printElem(),透過constructor的技巧接收參數。

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionObjectWithParameter.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with function object with parameter
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12
13 using   namespace  std;
14
15 struct  printElem  {
16  const char* _prefix;
17
18  printElem(const char* prefix) : _prefix(prefix) {}
19  
20  void operator() (int elem) {
21    cout << _prefix << elem << endl;
22  }
 
23}
;
24
25 int  main()  {
26  int ia[] = {123};
27  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
28  
29  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem("Element:"));
30}


執行結果 

Element: 1
Element:
2
Element:
3


function object有很多種寫法,但只要是function object都可以跟for_each()合作。

3.member_function與for_each()搭配
3.1 不傳入參數
本文的重點來了,在物件導向世界裡,最常用的就是for_each()配合member function,這該怎麼寫呢?直覺會這樣子寫

for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), & Door::open);


由於global function name本身就是一個pointer,所以想藉由&Door::open傳進一個address,但這樣compile並不會過,正確解法是

for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun_ref( & Door::open));


透過mem_fun_ref()這個function adapter將member function轉成function object。

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
 4Filename    : GenericAlgo_for_each_MemberFunctionObject.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6Description : Demo how to use for_each with member function with object
 7Release     : 05/11/2007 1.0
 8*/

 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12 #include  < functional >
13
14 using   namespace  std;
15
16 class  Door  {
17public:
18  void open() const {
19    cout << "open door horizontally" << endl;
20  }

21  
22  void close() const {
23    cout << "close door horizontally" << endl;
24  }

25}
;
26
27 class  DoorController  {
28protected:
29  vector<Door> _doorVec;
30  
31public:
32  void addDoor(Door aDoor) {
33    _doorVec.push_back(aDoor);
34  }

35  
36  void openDoor() const {
37    for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun_ref(&Door::open));
38  }

39}
;
40
41 int  main()  {
42  DoorController dc;
43  dc.addDoor(Door());
44  dc.addDoor(Door());
45  dc.openDoor();
46}


執行結果

open door horizontally
open door horizontally


37行

for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun_ref( & Door::open));


值得注意的是,mem_fun_ref()用在object的member function。若要搭配多型,vector必須放pointer,也就是得使用object pointer的member function,此時得使用mem_fun()將member function轉成function object。

 1 /* 
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 3
 4Filename    : GenericAlgo_for_each_MemberFunctionObjectPointer.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6Description : Demo how to use for_each with member function with object pointer
 7Release     : 05/11/2007 1.0
 8*/

 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12 #include  < functional >
13
14 using   namespace  std;
15
16 class  AbstractDoor  {
17public:
18  virtual void open() const {
19    cout << "open door horizontally" << endl;
20  }

21  
22  virtual void close() const {
23    cout << "close door horizontally" << endl;
24  }

25}
;
26
27 class  HorizontalDoor :  public  AbstractDoor  {
28}
;
29
30 class  VerticalDoor :  public  AbstractDoor  {
31public:
32  void open() const {
33    cout << "open door vertically" << endl;
34  }

35  
36  void close() const {
37    cout << "close door vertically" << endl;
38  }

39}
;
40
41 class  DoorController  {
42protected:
43  vector<AbstractDoor*> _doorVec;
44  
45public:
46  void addDoor(AbstractDoor& aDoor) {
47    _doorVec.push_back(&aDoor);
48  }

49  
50  void openDoor() const {
51    for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun(&AbstractDoor::open));
52  }

53}
;
54
55 int  main()  {
56  DoorController dc;
57  dc.addDoor(HorizontalDoor());
58  dc.addDoor(VerticalDoor());
59  dc.openDoor();
60}


執行結果

open door horizontally
open door vertically


51行

for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun( & AbstractDoor::open));


使用了mem_fun()。

3.2傳入參數
問題又來了,若要使member function也傳入參數呢?這時得使用bind2nd將function object和參數bind在一起,變成另外一個新的function object。

 1 /* 
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 3
 4Filename    : GenericAlgo_for_each_MemberFunctionObjectPointerWithParameter.cpp
 5Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6Description : Demo how to use for_each with member function with object pointer
 7Release     : 05/11/2007 1.0
 8*/

 9 #include  < iostream >
10 #include  < vector >
11 #include  < algorithm >
12 #include  < functional >
13
14 using   namespace  std;
15
16 class  AbstractDoor  {
17public:
18  virtual void open() const {
19    cout << "open door horizontally" << endl;
20  }

21  
22  virtual void close() const {
23    cout << "close door horizontally" << endl;
24  }

25  
26  virtual void openDoorBy(const char* name) const {
27    cout << name << " ";
28    open();
29  }

30}
;
31
32 class  HorizontalDoor :  public  AbstractDoor  {
33}
;
34
35 class  VerticalDoor :  public  AbstractDoor  {
36public:
37  void open() const {
38    cout << "open door vertically" << endl;
39  }

40  
41  void close() const {
42    cout << "close door vertically" << endl;
43  }

44}
;
45
46 class  DoorController  {
47protected:
48  vector<AbstractDoor*> _doorVec;
49  
50public:
51  void addDoor(AbstractDoor& aDoor) {
52    _doorVec.push_back(&aDoor);
53  }

54  
55  void openDoor() const {
56    for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), bind2nd(mem_fun(&AbstractDoor::openDoorBy), "John"));
57  }

58}
;
59
60 int  main()  {
61  DoorController dc;
62  dc.addDoor(HorizontalDoor());
63  dc.addDoor(VerticalDoor());
64  dc.openDoor();
65}


執行結果

1 John open door horizontally
2 John open door vertically


56行

for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), bind2nd(mem_fun( & AbstractDoor::openDoorBy),  " John " ));


透過了bind2nd將參數結合後,成為一個新的function object。

Generics與for_each()搭配
1.Function Template
1.1不傳入參數
在泛型世界裡,那for_each()該怎麼配合function template呢?

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionTemplate.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with function template
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12
13 using   namespace  std;
14
15 template < typename T >
16 void  printElem(T elem)  {
17  cout << elem << endl;
18}

19
20 int  main()  {
21  int ia[] = {123};
22  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
23  
24  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int>);
25  //for_each(ivec.begin(), ivec.end(), (void(*)(int))printElem);
26}


執行結果

1
2
3


若使用function template,有兩種寫法
一種是

for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem < int > );


由於template function需要在compile時確定型別,所以要加上<int>確定為int型別。
另外一種寫法

for_each(ivec.begin(), ivec.end(), ( void ( * )( int ))printElem);


template function並沒有確定型別,但轉成function pointer時,並須明確轉成int型別的function pointer。

1.2 傳入參數
若要如function object那樣能傳參數呢?funtion template是可以,不過有些限制,若使用nontype parameter,只能使用以下三種型別
1.int或enum
2.pointer:pointer to object,pointer to function,pointer to member。
3.reference:reference to object,reference to function。

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionTemplateWithNontypeParameter.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with function template with nontype parameter
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12
13 using   namespace  std;
14
15 template < typename T,  int  i >
16 void  printElem(T elem)  {
17  cout << i << ":"  << elem << endl;
18}

19
20 int  main()  {
21  int ia[] = {123};
22  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
23  
24  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int5>);
25}


執行結果

5 : 1
5 : 2
5 : 3


所以無法如function object那樣可以傳入字串或任意型別,最少在目前ISO C++標準是做不到的。

既然討論了function template,那最具威力的class template是否也能搭配for_each()?

2.Class Template
2.1 不傳入參數

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_ClassTemplate.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with class template
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12 #include  < functional >
13
14 using   namespace  std;
15
16 template < typename T >
17 class  printElem :  public  unary_function < T,  void >   {
18public:
19  void operator() (T elem) {
20    cout << elem << endl;
21  }

22}
;
23
24 int  main()  {
25  int ia[] = {123};
26  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
27  
28  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int>());
29}


執行結果

1
2
3


17行

class  printElem :  public  unary_function < T,  void >   {


因為printElem只接受for_each()所傳的參數,算是單參數而已,所以public繼承了unary_function<T,void>,因為for_each的定義

template  < class  InputIterator,  class  UnaryFunction >
UnaryFunction for_each(InputIterator first, InputIterator last, UnaryFunction f);


傳進去的是UnaryFunction型別,第一個type parameter T表示傳入的型別,第二個type parameter void,表示回傳的型別,最後重新定義operator()。

2.2 傳入參數
若要使class template也能傳入參數,一樣利用function object的技巧,借用constructor。

 1 /* 
 2(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3Filename    : GenericAlgo_for_each_ClassTemplateWithParameter.cpp
 4Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5Description : Demo how to use for_each with class template & parameter
 6Release     : 05/11/2007 1.0
 7*/

 8 #include  < iostream >
 9 #include  < vector >
10 #include  < iostream >
11 #include  < algorithm >
12 #include  < functional >
13
14 using   namespace  std;
15
16 template < typename T, typename U >
17 class  printElem :  public  unary_function < T,  void >   {
18private:
19  U _prefix;
20  
21public:
22  printElem(U prefix) : _prefix(prefix) {}
23  
24  void operator() (T elem) {
25    cout << _prefix << elem << endl;
26  }

27}
;
28
29 int  main()  {
30  int ia[] = {123};
31  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
32  
33  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<intconst char*>("Element:"));
34}


執行結果

Element: 1
Element:
2
Element:
3


Conclusion
STL的for_each()事實上很好用,不過由於限制很多,所以常令很多新手卻步,本文試著將所有會遇到問題的地方都提出來討論,包括procedure based、object oriented、generics三種paradigm與for_each()的搭配都涵蓋了,希望對各位有幫助。



<think>我们正在讨论Linux内核中的`class_for_each_device`函数。根据引用[1]和引用[4],这个函数用于遍历一个设备类(class)中的所有设备。它的主要作用是对类中的每个设备调用一个用户指定的回调函数。 函数原型(根据引用[1]): ```c int class_for_each_device(struct class *class, struct device *start, void *data, int (*fn)(struct device *, void *)); ``` 参数解释: - `class`:要遍历的设备类。 - `start`:遍历的起始设备。如果为NULL,则从类中的第一个设备开始。 - `data`:传递给回调函数`fn`的私有数据。 - `fn`:回调函数,对每个设备都会调用此函数。回调函数的原型为`int (*fn)(struct device *, void *data)`。 返回值: - 如果遍历了所有设备且回调函数都返回0,则返回0。 - 如果回调函数返回非0值,则遍历终止,并返回该非0值。 内部实现机制(结合引用[1]和引用[4]): 1. 函数内部使用一个迭代器`struct class_dev_iter iter`来遍历设备。 2. 它通过`class_dev_iter_init`(或类似机制,未直接显示)初始化迭代器,指向类设备列表的开始(或从`start`指定的设备开始)。 3. 然后循环获取每个设备,调用回调函数`fn`,并检查返回值。如果回调函数返回非0,则终止循环并返回该值。 4. 迭代过程中,使用`class_dev_iter_next`(引用[4])来获取下一个设备。这个函数会跳过不匹配类型的设备(如果迭代器指定了类型)。 注意:在遍历过程中,每个设备都会被引用(通过`klist_iter_init_node`和`klist_next`等机制),确保设备在回调期间不会被释放。 示例使用场景: 在驱动程序中,我们可能需要遍历一个设备类(如LED类、输入类等)的所有设备,并对每个设备执行某些操作(例如设置属性、读取状态等)。 注意事项: - 回调函数`fn`不能导致设备被删除,否则会导致迭代器失效。 - 回调函数中可以进行阻塞操作,但需要谨慎,因为整个遍历过程是同步的。 参考代码片段(基于引用[1]和引用[4]): ```c // 假设我们有一个设备类指针 struct class *my_class; // 定义一个回调函数 int my_callback(struct device *dev, void *data) { // 对每个设备进行操作 // 如果操作成功返回0,否则返回非0 return 0; } // 遍历设备类中所有设备 int error = class_for_each_device(my_class, NULL, NULL, my_callback); ``` 相关问题: 1. `class_for_each_device`函数在遍历过程中如何保证设备的安全性(不被意外释放)? 2. 如果回调函数`fn`返回非0值,`class_for_each_device`会立即返回吗? 3. 在遍历过程中,设备列表发生变化(如设备被添加或删除)会有什么影响? 4. 如何安全地在`class_for_each_device`的回调函数中操作设备? 请根据上述解释和问题,组织你的回答。</think>### class_for_each_device 函数详解 `class_for_each_device` 是 Linux 内核中用于遍历设备类(class)中所有设备的迭代器函数。其核心功能是遍历指定设备类关联的所有设备,并对每个设备执行用户定义的回调函数。以下是关键分析: #### 1. **函数原型** ```c int class_for_each_device( struct class *class, // 目标设备类指针 struct device *start, // 遍历起始设备(NULL 表示从头开始) void *data, // 传递给回调函数的用户数据 int (*fn)(struct device *, void *) // 设备处理回调函数 ); ``` #### 2. **工作流程** 1. **初始化迭代器** 通过 `struct class_dev_iter iter` 初始化设备迭代器,若指定 `start` 设备,则从该设备开始遍历;否则从设备类链表头部开始[^1][^4]。 2. **遍历设备链表** 通过 `klist_next()` 获取链表中的下一个设备节点(`struct klist_node`),将其转换为 `struct device` 对象[^4]: ```c dev = container_of(knode, struct device, knode_class); ``` 3. **执行回调函数** 对每个设备调用用户定义的 `fn(dev, data)`: - 若回调返回 **0**:继续遍历下一个设备 - 若返回**非0值**:立即终止遍历并返回该值[^1] 4. **资源释放** 遍历结束后自动释放迭代器资源。 #### 3. **关键特性** - **设备引用计数** 迭代过程中通过 `klist` 机制自动增加设备的引用计数,确保设备在回调期间不会被意外释放[^4]。 - **类型过滤** 支持通过 `iter->type` 过滤设备类型(如块设备/字符设备),仅处理匹配类型的设备[^4]。 - **无锁设计** 回调函数可自由操作设备类(如修改属性),无额外锁限制[^1]。 #### 4. **典型应用场景** 1. **设备状态检查** 遍历类中所有设备,检查异常状态(如输入设备状态检测): ```c int check_device(struct device *dev, void *data) { if (dev->state != READY) return -EIO; // 异常时终止遍历 return 0; } class_for_each_device(input_class, NULL, NULL, check_device); ``` 2. **批量属性配置** 为 LED 类设备统一设置亮度: ```c int set_led_brightness(struct device *dev, void *data) { int *brightness = (int *)data; led_set_brightness(dev, *brightness); return 0; // 强制遍历所有设备 } int val = 100; class_for_each_device(led_class, NULL, &val, set_led_brightness); ``` 3. **设备查找** 通过回调返回值定位特定设备(如按设备名查找): ```c int find_device_by_name(struct device *dev, void *data) { const char *target = (const char *)data; return strcmp(dev_name(dev), target) ? 0 : 1; // 匹配时返回1终止遍历 } struct device *target_dev; class_for_each_device(usb_class, NULL, "usb3", find_device_by_name); ``` #### 5. **错误处理** - 若遍历完成,返回 **0** - 若回调返回非0值,直接**终止遍历**并返回该值 - 设备不存在时返回 **-ENODEV** ###
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