[C++]函数对象(一）

函数对象

定义

重载函数调用操作符的类，其对象常称为函数对象（function object），即它们是行为类似函数的对象。

class FuncOdject {
public:
void operator()() {
cout << "hello c++!" << endl;
}
}
// 实例化一个对象
FuncOdject val;
val() // cout << "hello c++!" << endl;
// 这有点像使用函数
/*
void val()
{
cout<<"Hello C++!"<<endl;
}
*/

使用函数对象的原因

虽然调用函数和使用函数对象有相同的效果，但函数对象有独特的优势，主要体现在STL的使用。

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。

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。

实例

1. 使用到内部状态的函数对象

// 定义一个函数对象
class SuccessiveNumGen
{
public:
SuccessiveNumGen(int origin = 0):m_origin(origin){}
int operator() ()
{
return m_origin++;
}
private:
int m_origin;
};

vector<int> dest;
generate_n(back_inserter(dest),10,SuccessiveNumGen(3));

此处使用generate_n来表示函数自动调用n次。

back_inserter是一个函数适配器，它返回一个函数对象，并且每次都在dest最后存放元素。

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。

2. 自定义容器set对字符串string的排序规则

class StringSort {
public:
bool operator() (const string &str1, const string &str2) const
{
return str1 > str2;
}
};
int main() {
set<string,StringSort> myset;
myset.insert("A");
myset.insert("B");
cout << *myset.begin() << endl;
return 0;
}

3. 谓词函数（predicate）

class NoLess
{
public:
NoLess(int min = 0):m_min(min){}
bool operator() (int value) const
{
return value >= m_min;
}
private:
int m_min;
};
int main() {
vector<int> myvec;
myvec.push_back(1);
myvec.push_back(2);
myvec.push_back(10);
remove_if(myvec.begin(), myvec.end(), NoLess(3));
return 0;
}

find_if，remove_if都需要一个谓词函数来实现。而这种函数最好用函数对象来实现。（如果尝试调用函数来实现，会出现错误。而且并不好用，因为每次都要重新改写函数的代码来改变判断的条件。）

意外情况：

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。

测试如下：

class Nth
{
public:
Nth(int n=0):m_nth(n),m_count(1){}
bool operator() (int)
{
return m_count++ == m_nth;
}

int GetCount()const
{
return m_count;
}

private:
int m_nth;
int m_count;
};

Nth nth(3);
vector<int>::iterator nthItr = find_if(dest.begin(),dest.end(),nth);
//dest内容为连续数字：3,4,5,6,……,12
cout<<"3rd:"<<*nthItr<<endl;
cout<<"State:"<<nth.GetCount()<<endl;
// 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：

vector<int> vec;
for(vector<int>::size_type i=0; i<10; ++i)
vec.push_back(i+1);

Nth nth(3);

remove_if(vec.begin(),vec.end(),nth);

for(vector<int>::size_type i=0; i<10; ++i)
{
cout<<vec[i]<<endl;
}

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。

造成这种情况可能是因为特定的STL实现：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：

template <class ForwIter, class Predicate>
ForwIter remove_if(ForwIter beg, ForwIter end, Predicate op)
{
beg = std::find_if(beg, end, op);
if (beg == end)
{
return beg;
}
else
{
ForwIter next = beg;
return remove_copy_if(++next, end, beg, op);
}
}

其中remove_copy_if：

（简单的说，就是把一个class里面不满足谓词函数的元素放进另一个class里面。）

// remove_copy_if

template <class _InputIterator, class _OutputIterator, class _Predicate>
inline _LIBCPP_INLINE_VISIBILITY
_OutputIterator
remove_copy_if(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _OutputIterator __result, _Predicate __pred)
{
for (; __first != __last; ++__first)
{
if (!__pred(*__first))
{
*__result = *__first;
++__result;
}
}
return __result;
}

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。

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。