深入探索C++ STL中的仿函数和函数对象

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深入探索C++ STL中的仿函数和函数对象

在C++编程中，函数对象（Function Object）和仿函数（Functor）是两个非常重要的概念。它们不仅能够让我们以更灵活的方式处理代码逻辑，还能极大地提升代码的可读性和可维护性。本文将通过几个实际的例子，深入探讨函数对象与仿函数的实现和应用。

一、函数对象：让类像函数一样工作

函数对象是一种特殊的类，它通过重载operator()来实现类似函数的行为。这意味着，我们可以像调用普通函数一样调用一个函数对象的实例。这种特性使得函数对象在C++中非常强大，尤其是在需要将函数作为参数传递时。

1.1 函数对象的基本实现

在函数对象.cpp文件中，我们定义了一个简单的函数对象my_add，它实现了两个整数的加法，并记录了调用次数：

cpp复制

class my_add
{
public:
    int m_count = 0;

    int operator()(int a, int b) 
    {
        m_count++;
        return a + b;
    }
};

通过重载operator()，my_add可以像普通函数一样被调用。例如：

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my_add add;
add(1, 2);
add(1, 3);
add(1, 4);
int ret = add(2, 2);
cout << ret << endl;
cout << add.m_count << endl; // 输出调用次数

这种实现方式不仅让代码更加简洁，还允许我们在函数对象中维护状态（如m_count），这是普通函数无法做到的。

1.2 函数对象作为参数

函数对象的另一个强大之处在于它可以作为参数传递给其他函数。在函数对象.cpp中，我们定义了一个doprint函数，它接受一个my_add类型的参数，并调用其operator()：

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static void doprint(my_add& add, int a, int b)
{
    cout << a << "+" << b << "=" << add(a, b) << endl;
}

这种方式使得my_add可以在不同的上下文中被复用，进一步增强了代码的灵活性。

二、仿函数：STL中的函数对象

仿函数（Functor）是函数对象的一种特殊形式，通常用于STL（标准模板库）中。STL提供了许多预定义的仿函数，这些仿函数可以直接用于算法操作，如排序、查找等。

2.1 一元与二元谓词

谓词是一种特殊的仿函数，它返回布尔值。根据参数数量，谓词可以分为一元谓词和二元谓词。

2.1.1 一元谓词

一元谓词接受一个参数并返回布尔值。在一元谓词.cpp中，我们定义了一个greater5类，它检查一个整数是否大于5：

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class greater5
{
public:
    bool operator()(int a) const
    {
        return a > 5;
    }
};

通过find_if算法，我们可以使用greater5找到第一个大于5的元素：

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vector<int> v(5, 3);
v.push_back(6);
vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), greater5());
if (it != v.end())
{
    cout << *it << endl;
}

2.1.2 二元谓词

二元谓词接受两个参数并返回布尔值。在二元谓词.cpp中，我们定义了一个maxmin类，它比较两个整数的大小：

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class maxmin
{
public:
    bool operator()(int a, int b) const
    {
        return a > b;
    }
};

通过sort算法，我们可以使用maxmin对向量进行自定义排序：

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vector<int> v(5, 4);
v.push_back(3);
sort(v.begin(), v.end(), maxmin());
cout << v.at(0) << endl;

2.2 STL预定义仿函数

STL提供了许多预定义的仿函数，这些仿函数可以直接用于算法操作。在内建函数对象.cpp中，我们展示了以下几种仿函数的使用：

2.2.1 算术仿函数

STL提供了多种算术仿函数，如negate和multiplies：

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negate<int> n;
cout << n(1) << endl; // 输出 -1

multiplies<double> m;
cout << m(1.1, 2.2) << endl; // 输出 2.42

2.2.2 关系仿函数

关系仿函数用于比较操作，如greater和less。在排序中，我们可以直接使用这些仿函数：

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vector<int> v(3, 4);
v.push_back(3);
v.push_back(5);
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
cout << v.at(0) << endl; // 输出 5

2.2.3 逻辑仿函数

逻辑仿函数用于逻辑操作，如logical_not和logical_and。在transform算法中，我们可以使用这些仿函数对容器进行逻辑操作：

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vector<bool> vb1 = {true, false, true, false};
vector<bool> vb2;
vb2.resize(vb1.size());
transform(vb1.begin(), vb1.end(), vb2.begin(), logical_not<bool>());