c++仿函數 functor

內容整理自國外C++教材

　　先考慮一個簡單的例子：假設有一個vector<string>，你的任務是統計長度小於5的string的個數，如果使用count_if函數的話，你的代碼可能長成這樣：

bool LengthIsLessThanFive(const string& str) {
     return str.length()<5;    
}
int res=count_if(vec.begin(), vec.end(), LengthIsLessThanFive);

　　其中count_if函數的第三個參數是一個函數指針，返回一個bool類型的值。一般的，如果需要將特定的閾值長度也傳入的話，我們可能將函數寫成這樣：

bool LenthIsLessThan(const string& str, int len) {
    return str.length()<len;
}

　　這個函數看起來比前面一個版本更具有一般性，但是他不能滿足count_if函數的參數要求：count_if要求的是unary function（僅帶有一個參數）作為它的最后一個參數。所以問題來了，怎么樣找到以上兩個函數的一個折中的解決方案呢？

　　這個問題其實可以歸結於一個data flow的問題，要設計這樣一個函數，使其能夠access這個特定的length值，回顧我們已有的知識，有三種解決方案可以考慮：

1、函數的局部變量；

      局部變量不能在函數調用中傳遞，而且caller無法訪問。

2、函數的參數；

　　這種方法我們已經討論過了，多個參數不適用於count_if函數。

3、全局變量；

　　我們可以將長度閾值設置成一個全局變量，代碼可能像這樣：

int maxLength;
bool LengthIsLessThan(const string& str) {
    return str.length()<maxLength;
}
int res=count_if(vec.begiin(), vec.end(), LengthIsLessThan);

　　這段代碼看似很不錯，實則不符合規范，剛重要的是，它不優雅。原因有以下幾點要考慮：

1、容易出錯；

　　為什么這么說呢，我們必須先初始化maxLength的值，才能繼續接下來的工作，如果我們忘了，則可能無法得到正確答案。此外，變量maxLength和函數LengthIsLessThan之間是沒有必然聯系的，編譯器無法確定在調用該函數前是否將變量初始化，給碼農平添負擔。

2、沒有可擴展性；

　　如果我們每遇到一個類似的問題就新建一個全局變量，尤其是多人合作寫代碼時，很容易引起命名空間污染（namespace polution）的問題；當范圍域內有多個變量時，我們用到的可能不是我們想要的那個。

3、全局變量的問題；

　　每當新建一個全局變量，即使是為了coding的便利，我們也要知道我們應該盡可能的少使用全局變量，因為它的cost很高；而且可能暗示你這里有一些待解決的優化方案。

 

　　說了這么多，還是要回到我們原始的那個問題，有什么解決方案呢？答案當然就是這篇blog的正題部分：仿函數。

　　我們的初衷是想設計一個unary function，使其能做binary function的工作，這看起來並不容易，但是仿函數能解決這個問題。

　　先來看仿函數的通俗定義：仿函數（functor）又稱為函數對象（function object）是一個能行使函數功能的類。仿函數的語法幾乎和我們普通的函數調用一樣，不過作為仿函數的類，都必須重載operator()運算符，舉個例子：

class Func{
    public:
        void operator() (const string& str) const {
            cout<<str<<endl;
        }
};

Func myFunc;
myFunc("helloworld!");
>>>helloworld!

　　仿函數其實是上述解決方案中的第四種方案：成員變量。成員函數可以很自然的訪問成員變量：

　　

class StringAppend{
    public:
        explicit StringAppend(const string& str) : ss(str){}

        void operator() (const string& str) const{
             cout<<str<<' '<<ss<<endl;
        }
    
    private:
        const string ss;  
};

StringAppend myFunc("is world");
myFunc("hello");
>>>hellois world

　　我相信這個例子能讓你體會到一點點仿函數的作用了；它既能想普通函數一樣傳入給定數量的參數，還能存儲或者處理更多我們需要的有用信息。

　　讓我們回到count_if的問題中去，是不是覺得問題變得豁然開朗了？

class ShorterThan {
    public:
        explicit ShorterThan(int maxLength) : length(maxLength) {}
        bool operator() (const string& str) const {
            return str.length() < length;
        }
    private:
        const int length;
};

count_if(myVector.begin(), myVector.end(), ShorterThan(length));//直接調用即可

　　這里需要注意的是，不要糾結於語法問題：ShorterThan(length)似乎並沒有調用operator()函數？其實它調用了，創建了一個臨時對象。你也可以自己加一些輸出語句看一看。

　　這篇博文就先記到這里了，仿函數也在STL中大量涉及到，不徹底弄懂仿函數的問題看到STL源碼就會一頭包。后續可能再分享一些關於functor的資料和個人學習心得。