C++函数对象详解附带实例

2023-07-04 18:20:02 76

如果一个类将()运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象。函数对象是一个对象，但是使用的形式看起来像函数调用，实际上也执行了函数调用，因而得名。

下面是一个函数对象的例子。

#include
usingnamespacestd;
classCAverage
{
public:
doubleoperator()(inta1,inta2,inta3)
{//重载()运算符
return(double)(a1+a2+a3)/3;
}
};
intmain()
{
CAverageaverage;//能够求三个整数平均数的函数对象
cout<

程序的输出结果是：

2.66667

()是目数不限的运算符，因此重载为成员函数时，有多少个参数都可以。
average是一个对象，average(3,2,3)实际上就是average.operator(3,2,3)，这使得average看上去像函数的名字，故称其为函数对象。


函数对象应用实例1：在accumulate算法中的应用


STL中有以下实现“累加”功能的算法（函数模板）：


template
Taccumulate(InItfirst,InItlast,Tval,Predop);

该模板的功能是对[first,last)中的每个迭代器I执行val=op(val,*I)，返回最终的val。在DevC++中，numeric头文件中accumulate的源代码如下：


template
Taccumulate(InItfirst,Initlast,Tinit,Predop)
{
for(;first!=last;++first)
init=op(init,*first);
returninit;
};

此模板被实例化后，op(init,*first)必须要有定义，则op只能是函数指针或者函数对象。因此调用该accmulate模板时，形参op对应的实参只能是函数名、函数指针或者函数对象。
下面的程序通过accumulate模板求一个vector中元素的平方和，其中用到了函数对象。


#include
#include
#include//accumulate在此头文件定义
usingnamespacestd;
template
voidPrintInterval(Tfirst,Tlast)
{//输出区间[first,last)中的元素
for(;first!=last;++first)
cout<<*first<<"";
cout<
classSumPowers
{
private:
intpower;
public:
SumPowers(intp):power(p){}
constToperator()(constT&total,constT&value)
{//计算value的power次方，加到total上
Tv=value;
for(inti=0;iv(a1,a1+SIZE);
cout<<"1)";PrintInterval(v.begin(),v.end());
intresult=accumulate(v.begin(),v.end(),0,SumSquares);
cout<<"2)平方和："<(3));
cout<<"3)立方和："<(4));
cout<<"4)4次方和："<

程序的输出结果如下：

1)12345678910

2)平方和:385

3)立方和3025

4)4次方和:25333

第37行，第四个参数是SumSquares函数的名字。函数名字的类型是函数指针，因此本行将accumulate模板实例化后得到的模板函数定义如下：


intaccumulate(vector::iteratorfirst,vector::iteratorlast,intinit,int(*op)(int,int))
{
for(;first!=last;++first)
init=op(init,*first);
returninit;
}

形参op是一个函数指针，而op(init,*first)就调用了指针op指向的函数，在第37行的情况下就是函数SumSquares。
第39行，第四个参数是SumPowers(3)。SumPowers是类模板的名字，SumPowers就是类的名字。类的名字后面跟着构造函数的参数列表，就代表一个临时对象。因此SumPowers(3)就是一个SumPowers类的临时对象。
编译器在编译此行时，会将accumulate模板实例化成以下函数：


intaccumulate(vector::iteratorfirst,vector::iteratorlast,intinit,SumPowersop)
{
for(;first!=last;++first)
init=op(init,*first);
returninit;
}

形参op是一个函数对象，而op(init,*first)等价于：


op.operator()(init,*first);
即调用了SumPowers类的operator()成员函数。
对比SumPowers和SumSquares可以发现，函数对象的operator()成员函数可以根据对象内部的不同状态执行不同操作，而普通函数就无法做到这一点。因此函数对象的功能比普通函数更强大。


函数对象应用实例2：在sort算法中的应用


STL中的排序模板sort能将区间从小到大排序。sort算法有两个版本。第一个版本的原型如下：


template
voidsort(_Randltfirst,_RandItlast);

该模板可以用来将区间[first,last)中的元素从小到大排序，要求first、last是随机访问迭代器。元素比较大小是用<进行的。如果表达式a
sort算法第二个版本的原型如下：


template
voidsort(_Randltfirst,_RandItlast,Predop);

这个版本和第一个版本的差别在于，元素a、b比较大小是通过表达式op(a,b)进行的。如果该表达式的值为true，则a比b小；如果该表达式的值为false，也不能认为b比a小，还要看op(b,a)的值。总之，op定义了元素比较大小的规则。下面是一个使用sort算法的例子。


#include
#include//sort算法在此头文件中定义
usingnamespacestd;
template
voidPrintlnterva1(Tfirst,Tlast)
{//用以输出[first,last)区间中的元素
for(;first!=last;++first)
cout<<*first<<"";
cout<a2.v;
}
structLessA
{
booloperator()(constA&a1,constA&a2)
{//v的个位数小的元素就作为较小的数
return(a1.v%10)<(a2.v%10);
}
};
ostream&operator<<(ostream&o,constA&a)
{
o<
编译至第45行时，编译器将sort实例化得到的函数原型如下：


voidsort(A*first,A*last,bool(*op)(constA&,constA&));

该函数在执行过程中，当要比较两个元素a、b的大小时，就是看op(a,b)和op(b,a)的返回值。本程序中op指向GreaterA,因此就用GreaterA定义的规则来比较大小。
编译至第47行时，编译器将sort实例化得到的函数原型如下：


voidsort(A*first,A*last,LessAop);

该函数在执行过程中，当要比较两个元素a、b的大小时，就是看op(a,b)和op(b,a)的返回值。本程序中，op(a,b)等价于op.opeartor(a,b)，因此就用LessA定义的规则来比较大小。
STL中定义了一些函数对象类模板，都位于头文件functional中。例如，greater模板的源代码如下：


template
structgreater
{
booloperator()(constT&x,constT&y)const{
returnx>y;
}
};

假设有以下数组：


inta[4]={3,5,34,8};

要将该数组从大到小排序，则只需写：


sort(a,a+4,greater());

要使用greater模板，须确保>运算符本来就有定义，或经过了适当的重载。
list容器的sort成员能将元素从小到大排序。它也有两个版本：一个是没有参数的函数，比较大小用<运算符；另一个是函数模板，原型如下：


template
voidsort(Predop);

sort函数允许自定义比较大小的规则，即op(x,y)为真就认为x比y小。例如，假设有：


listlst;

如果希望将lst中的元素按其整数数值从大到小排序，只需写：


lst.sort(greater());

在使用关联容器和许多算法时，都可以用函数对象来定义比较大小的规则，以及其他一些规则和操作。


STL中的函数对象类模板


STL中有一些函数对象类模板，如表1所示。


表1：STL中的函数对象类模板






函数对象类模板
成员函数 Toperator(constT& x,constT& y)的功能


plus
returnx+y;


minus< >
returnx-y;


multiplies
returnx*y;


divides
returnx/y;


modulus
returnx%y;


 
成员函数 booloperator(constT& x,constT& y)的功能


equal_to
returnx==y;


not_equal_to
returnx!=y;


greater
returnx> y;


less
returnx< y;


greater_equal
returnx> =y;


less_equal
returnx<=y;


logical_and
returnx&& y;


logical_or
returnx|| y;


 
成员函数Toperator(constT& x)的功能


negate
return-x;


 
成员函数 booloperator(constT& x)的功能


logical_not
return!x;




例如，如果要求两个double型变量x、y的乘积，可以写：


multiplies()(x,y)

less是STL中最常用的函数对象类模板，其定义如下：


template
structless
{
booloperator()(const_Tp&__x,const_Tp&__y)const
{return__x<__y;}
};

要判断两个int变量x、y中x是否比y小，可以写：


if(less()(x,y)){...}

引入函数对象后STL中的“大”、“小”和“相等”概念


前面提到过，默认情况下，STL中的容器和算法比较元素的大小是通过<运算符进行的。通过10.3.4节可知，sort和list::sort都可以通过一个函数对象或函数自定义比较元素大小的规则。例如以下的sort版本：


template
voidsort(_RandItfirst,_RandItlast,Predop);
实际调用sort时，和op对应的实参可以是一个函数对象或者函数的名字。sort在执行过程中用op(x,y)比较x和y的大小，因此可以将op称为自定义的“比较器”。
关联容器中的元素是从小到大排序的。使用关联容器时，也可以用自定义的比较器取代<运算符，以规定元素之间的大小关系。STL中还有许多算法都可以自定义比较器。在自定义比较器op的情况下，以下三种说法是等价的：

x小于y。
op(x,y)的返回值为true。
y大于x。

同样地，对关联容器的find和count成员函数以及其他一些在有序区间上的STL算法而言，在自定义比较器op的情况下，x和y相等与op(x,y)和op(y,x)都为假是等价的。
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函数对象类模板	成员函数 Toperator(constT& x,constT& y)的功能
plus	returnx+y;
minus< >	returnx-y;
multiplies	returnx*y;
divides	returnx/y;
modulus	returnx%y;
	成员函数 booloperator(constT& x,constT& y)的功能
equal_to	returnx==y;
not_equal_to	returnx!=y;
greater	returnx> y;
less	returnx< y;
greater_equal	returnx> =y;
less_equal	returnx<=y;
logical_and	returnx&& y;
logical_or	returnx\|\| y;
	成员函数Toperator(constT& x)的功能
negate	return-x;
	成员函数 booloperator(constT& x)的功能
logical_not	return!x;

C++函数对象详解附带实例

函数对象应用实例1：在accumulate算法中的应用

函数对象应用实例2：在sort算法中的应用

STL中的函数对象类模板

引入函数对象后STL中的“大”、“小”和“相等”概念

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