C++ STL（十）：函数对象/仿函数（函数对象、谓词、内建函数对象）

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1 函数对象

1.1 函数对象的概念

函数对象/仿函数：重载函数调用操作符operator()的类的对象。使用重载的()时，行为类似函数调用，亦称仿函数。

本质：函数对象/仿函数本质是一个类，而不是函数。

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1.2 函数对象使用

调用方式：函数对象名(参数)
特点：
（1）函数对象使用时，类似于普通函数的调用, 可包含参数和返回值；
（2）函数对象可具有自己的内部状态（本质是类对象，可包含成员属性）；
（3）函数对象可作为函数的参数传递，且仍支持函数对象/仿函数的调用方式。

注：函数对象/仿函数的使用方式很灵活，可包含不同类型的参数列表和返回值。

示例1：函数对象使用时，类似于普通函数的调用, 可包含参数和返回值

#include 
using namespace std;

/* 函数对象使用时，类似于普通函数的调用, 可包含参数和返回值 */
class MyAdd {
public:
	//重载函数调用运算符()
	int operator()(int a, int b) {
		return a + b;
	}
};

int main() {
	//创建函数对象
	MyAdd myAdd;

	//调用函数对象
	cout << myAdd(1, 2) << endl;	//3

	return 0;
}

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示例2：函数对象可具有自己的内部状态；函数对象可作为函数的参数传递。

#include 
using namespace std;

/* 函数对象可具有自己的内部状态（本质是类对象，可包含成员属性） */
class Printer {
public:
	//成员变量记录函数对象的内部状态
	int count;

	Printer() {
		//初始化成员变量（即初始化函数对象的内部状态）
		this->count = 0;
	}

	//重载函数调用运算符()
	void operator() (string text){
		cout << text << endl;
		count++;	//更新函数对象的内部状态
	}
};

/* 函数对象可作为函数的参数传递 */
void func(Printer &printer, string text) {
	//作为函数的参数传递时，仍支持函数对象/仿函数的调用方式
	printer(text);
}

int main() {
	Printer printer;

	//调用函数对象
	printer("Hello Cpp!");
	printer("Hello Cpp!");
	printer("Hello Cpp!");

	//查看函数对象的内部状态
	cout << "函数对象的调用次数：" << printer.count << endl;	//3


	//函数对象作为函数的参数传递
	func(printer, "Cheer Up!");		//Cheer Up!

	return 0;
}

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2 谓词

2.1 谓词的概念

谓词：返回值类型为bool类型的仿函数。
一元谓词：operator()的形参列表只包含一个参数。
二元谓词：operator()的形参列表包含两个参数。

注1：只有返回值类型为bool类型的仿函数，称为谓词。返回值类型为其它类型的仿函数，不是谓词。
注2：谓词对应STL源码中的class _Pr类。
当STL内置函数需要_Pr _Pred（谓词）类型的参数时，可传入：
①函数对象，即函数对象类名 对象名;
②匿名函数对象，即函数对象类名()
③回调函数名
④匿名函数（lambda表达式），即[](..){..}

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仿函数/函数对象-实现自定义排序：

//函数对象/仿函数
class MyCompare {
public:
	//重载函数调用运算符()
	bool operator()(int val1, int val2) {
		//return val1 < val2;	//升序排序
		return val1 > val2;		//降序排序
	}
};

//使用仿函数/函数对象，按自定义规则排序
MyCompare mc;
sort(vec.begin(), vec.end(), mc);			//函数对象mc

sort(vec.begin(), vec.end(), MyCompare());  //匿名函数对象MyCompare()

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回调函数-实现自定义排序：

//回调函数
bool myCompare(int val1, int val2){
	//return val1 < val2;	//升序排序
	return val1 > val2;		//降序排序
}

//使用回调函数，按自定义规则排序
sort(vec.begin(), vec.end(), myCompare);

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匿名函数（lambda表达式）-实现自定义排序：

//使用匿名函数（lambda表达式），按自定义规则排序
sort(vec.begin(), vec.end(), [](int val1, int val2) {return val1 > val2;});

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2.2 一元谓词

示例：查找大于5的元素（一元谓词、回调函数）

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

//仿函数：大于5的值
class GreaterThanFive {
public:
	//重载函数调用运算符
	bool operator()(int val) {
		return val > 5;	//大于5时返回true
	}
};

//回调函数：大于5的值
bool greaterthanfive(int val) {
	return val > 5;	//大于5时返回true
}

int main() {
	vector<int> v;

	v.push_back(3);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.push_back(5);
	v.push_back(9);

	//iterator find_if(iterator begin, iterator end, _Pr _Pred)
	//_Pr类型：可传入函数对象或回调函数名

	//1.传入匿名函数对象
	vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterThanFive());

	//2.传入函数对象
	//GreaterThanFive gt;
	//vector::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), gt);

	//3.传入回调函数名
	//vector::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), greaterthanfive);		//回调函数

	if (it != v.end()) {
		cout << "查找到大于5的元素：" << *it << endl;
	}
	else {
		cout << "未查找到大于5的元素" << endl;
	}

	return 0;
}

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2.3 二元谓词

示例：自定义排序（二元谓词、回调函数）

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

//打印vector元素的函数模板
template<typename T>
void printVector(vector<T>& v) {
	//for循环遍历
	for (typename vector<T>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << (*it) << " ";
	}
	cout << endl;
}

//回调函数-实现自定义排序
bool myCompare(int val1, int val2) {
	return val1 > val2;		//降序排序
	//return val1 < val2;	//升序排序
}

//仿函数-实现自定义排序
class MyCompare {
public:
	//重载函数调用运算符
	bool operator()(int val1, int val2) {
		return val1 > val2;		//降序排序
		//return val1 < val2;	//升序排序
	}
};

int main() {
	vector<int> v;

	v.push_back(6);
	v.push_back(3);
	v.push_back(9);
	v.push_back(1);
	v.push_back(7);

	cout << "排序前：" << endl;
	printVector<int>(v);	//6 3 9 1 7

	//1.回调函数实现自定义排序：
	//cout << "回调函数实现自定义排序：" << endl;
	//sort(v.begin(), v.end(), myCompare);	//回调函数名
	//printVector(v);	//9 7 6 3 1

	//2.函数对象/仿函数实现自定义排序：
	//cout << "函数对象/仿函数实现自定义排序：" << endl;
	//sort(v.begin(), v.end(), MyCompare());	//匿名函数对象
	//printVector(v);	//9 7 6 3 1

	//3.匿名函数（lambda表达式）实现自定义排序：
	//cout << "匿名函数（lambda表达式）实现自定义排序：" << endl;
	sort(v.begin(), v.end(), [](int val1, int val2) {return val1 > val2;});	//匿名函数（lambda表达式）
	printVector<int>(v);	//9 7 6 3 1

	return 0;
}

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3 内建函数对象

3.1 内建函数对象的基本概念

STL提供了内建函数对象，底层源码重载函数调用运算符operator()，主要分为3类。
（1）算术仿函数：实现四则运算；
（2）关系仿函数：实现关系比较，如大于小于、相等不相等。
（3）逻辑仿函数：实现逻辑运算，如与或非运算。

使用方法：
内建函数对象（仿函数的对象），使用方法与一般函数完全相同，需包含头文件 #include。

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3.2 算术仿函数

算术仿函数：实现四则运算。取反仿函数negate是一元运算，其它均为二元运算。

仿函数原型：
template T plus：加法仿函数
template T minus：减法仿函数
template T multiplies：乘法仿函数
template T divides：除法仿函数
template T modulus：取模仿函数
template T negate：取反仿函数

示例：算术仿函数的使用

#include 
using namespace std;
#include 	//内建函数对象的头文件

int main() {
	/* 一元运算 */
	//取反运算
	negate<int> neg;
	cout << neg(5) << endl;	//-5

	/* 二元运算 */
	//加法运算
	plus<double> p;
	cout << p(3.33, 6.66) << endl;	//9.99

	return 0;
}

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3.3 关系仿函数

关系仿函数：实现关系比较。

仿函数原型：
template bool equal_to：等于。
template bool not_equal_to：不等于。
template bool greater：大于，匿名对象greater()可用于降序排序。
template bool greater_equal：大于等于。
template bool less：小于，匿名对象less()默认用于升序排序。
template bool less_equal：小于等于。

示例：内建函数对象实现降序排序

#include 
using namespace std;
#include 
#include 
#include 	//内建函数对象的头文件

//打印vector元素的函数模板
template<typename T>
void printVector(vector<T>& v) {
	//for循环遍历
	for (typename vector<T>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << (*it) << " ";
	}
	cout << endl;
}

//自定义仿函数
class MyCompare {
public:
	bool operator()(int v1, int v2) {
		//降序排序
		return v1 > v2;
	}
};

int main() {
	vector<int> v;

	v.push_back(6);
	v.push_back(3);
	v.push_back(9);
	v.push_back(1);
	v.push_back(7);

	printVector<int>(v);	//6 3 9 1 7

	//自定义仿函数实现降序排序
	//sort(v.begin(), v.end(), MyCompare());
	//printVector(v);	//9 7 6 3 1

	//内建函数对象实现降序排序：greater()
	sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
	printVector<int>(v);	//9 7 6 3 1

	return 0;
}

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3.4 逻辑仿函数

逻辑仿函数：实现逻辑运算。

注：逻辑仿函数的实际应用较少，了解即可。

仿函数原型：
template bool logical_and：逻辑与
template bool logical_or：逻辑或
template bool logical_not：逻辑非

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 
#include 

//打印vector元素的函数模板
template<typename T>
void printVector(vector<T>& v) {
	//for循环遍历
	for (typename vector<T>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << (*it) << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main(){
	vector<bool> v;
	v.push_back(true);
	v.push_back(false);
	v.push_back(true);
	v.push_back(false);

	printVector<bool>(v);	//1 0 1 0

	/* 逻辑非仿函数 */
	vector<bool> vec;

	//指定vec的容器大小为v
	vec.resize(v.size());
	//将容器v的元素搬运至vec中，且执行逻辑非运算
	transform(v.begin(), v.end(), vec.begin(), logical_not<bool>());

	printVector<bool>(vec);	//0 1 0 1

	return 0;
}