仿函数应用详解

仿函数（Functors，Function Objects）

定义：

我们都清楚普通函数的定义与使用方法，我们可以说任何东西，只要其行为像函数，它就是个函数。如果我们定义了一个对象，其行为像函数，它就可以被当函数来使用。所谓函数行为，是指可以“使用小括号传递参数，蔚以调用某个东西”。例如：

function(arg1, arg2);//a function call

所谓仿函数，又叫函数对象，是一个定义operator()的对象。例如：

FunctionObjecType FunctorObj;...FunctorObj(...);

其中表达式FunctorObj()将会调用FunctorObj的operator()实现，即进行了操作符的重载，而非调用FunctorObj()。

函数对象概念包括Generator, Unary Function(一元函数), 和Binary Function(二元函数)，分别可以f()，f(x)，f(x, y)的形式调用。返回bool类型的仿函数比较特殊，比如返回bool的Unary Function叫做Predicate(判断式)，返回bool的Binary Function叫做Binary Predicate。

Predicate就经常应用于STL算法中，一些算法可以接受用户定义的的辅助函数，提高了算法的灵活性。比较经常应用的场景就是指定排序准则和搜寻准则。

一个类的使用看上去像一个函数，它是通过通过重载类的()操作符来实现的。如下：

例子1

class CPrintInt{public:void operator()(int nElements)const//使用重载（）来实现{cout <<"call operator():"<< nElements << endl;}};CPrintInt CPrint;CPrint(10);//像函数一样去使用CPrint.operator()(10);//显示调用

优势

仿函数相对于普通的函数，具有更加复杂的代码设计，然而仿函数也有其过人之处，它具有如下的优点：

1、拥有状态

仿函数的能力超越了operator(),仿函数可以拥有成员函数和成员变量，这就意味着仿函数可以同时拥有状态不同的两个实体。一般函数则达不到这样的能力。

2、拥有自己的型别

我们可以将仿函数的型别当做template参数来传递，从而指定某种行为模式。容器型别也会因为仿函数的不同而不同。

3、仿函数速度更快

就template概念而言，由于很多细节在编译期就已经确定，传入一个仿函数，就可能活动更好的性能。

仿函数应用

排序准则(Sort Criteria)

我们有时候会遇到需要将object 以已序(sorted) 形式置于容器中，此时仿函数就可以派上用场了。如下：

例子2

class PersonInfo{public:    PersonInfo(const string&strFirstName, const string& strSecondName)    {        m_strFirstName = strFirstName;        m_strSecondName = strSecondName;    }    string& GetFirstName()    {        return m_strFirstName;    }    string& GetSecondName()    {        return m_strSecondName;    }public:    string m_strFirstName;    string m_strSecondName;};class PersonSortCriterion{public:    bool operator()(const PersonInfo& Per1, const PersonInfo &Per2)    {        //a person is less than another person        //if the second name is less        //if the second name is equal and the first name is less        return ((Per1.m_strSecondName < Per2.m_strSecondName) ||                (!(Per2.m_strSecondName < Per1.m_strSecondName) &&                Per1.m_strFirstName < Per2.m_strFirstName));    }};/*****************************************************************函数名称：FunctorSortCriteria*功    能：仿函数应用于排序准则*作    者：Jin*日    期：2016年6月17日****************************************************************/void FunctorSortCriteria(){      typedef set<PersonInfo, PersonSortCriterion> PersonSet;    PersonSet PersonNamesInfo;    PersonInfo p1("xu", "jin");    PersonInfo p2("huang", "jin");    PersonInfo p3("hua", "tong");    PersonInfo p4("huang", "shu");    PersonInfo p5("xu", "wei");    PersonNamesInfo.insert(p1);    PersonNamesInfo.insert(p2);    PersonNamesInfo.insert(p3);    PersonNamesInfo.insert(p4);    PersonNamesInfo.insert(p5);        //print user define sort criterion    PersonSet::iterator it = PersonNamesInfo.begin();    for (; it != PersonNamesInfo.end(); it++)    {        cout << "FirtName:"    << it->GetFirstName() << "\t"             << "SecondName: " << it->GetSecondName()              << endl;    }  }

运行结果：

拥有内部状态(Internal State)

这个例子以仿函数产生一个序列，初始值可以通过仿函数的构造函数提供。同时仿函数是passed by valued(传值)

，不是passed 不用reference(传址)，我们所改变的是仿函数的副本。

例如3

/*****************************************************************函数名称：HoldStateByValue*功    能：模拟仿函数在同一个时刻下拥有多个状态(多个函数实体)*作    者：Jin*日    期：2016年6月5日****************************************************************/void HoldStateByValue(){list<int> Coll;    //Note:make sure container has enough capcity or use insert itertor     //    when you are using generate_n or generat algorithm//insert value from 1 to 9,generate_n(back_inserter(Coll), //start   9,                   //number of element               IntSequence(1));     //generator values,initial value 1 functor obj    //output: 1 2 3 4 5 6 7 8 9     PrintElements(Coll);        //replace second to last element,starting at 42    generate(++Coll.begin(),              --Coll.end(),             IntSequence(42)); //initial value 42,functor obj    //output:1 42 43 44 45 46 47 48 9    PrintElements(Coll);}

InitSequence seq(1);//insert value beginning with 1,by pass ,change internal stategenerate_n(back_inserter(coll), 9, seq)//insert value beginning with 1generate_n(back_inserter(coll), 9, seq)

我们改变的是仿函数副本，不能获取对象最终状态,但是有个好处是我们可以传递常量或者暂时表达式，缺点就是不能得到“最终结果”或者“反馈”。现在有两种办法可以从中获取其“最终结果”。方式一是by reference ,方式二是运用for_each算法。

方式一：

          以by reference的方式传递仿函数，我们只需要在调用算法时，明白标示仿函数是个reference型别即可。见例子4。

例子4

//Predefined algorithm is not by reference, so user defines it// generate_n<back_insert_iterator<list<int> >,//            int,//            IntSequence&>(back_inserter(Coll), 4, SeqValue);template<class _OutIt, class _Diff, class _Fn0>void GenSequenceUser(_OutIt _Dest, _Diff _Count, _Fn0 &_Func)//by reference{    for (; 0 < _Count; --_Count, ++_Dest)    {        *_Dest = _Func();    }}/*****************************************************************函数名称：HoldStateByReference*功    能：仿函数的by reference特性*作    者：Jin*日    期：2016年6月5日****************************************************************/void HoldStateByReference(){    list<int> Coll;    IntSequence SeqValue(1);        //function object By reference ,so m_nValue will continue with 6 in the SeqVale    //insert 1 2 3 4 5    GenSequenceUser(back_inserter(Coll), 5, SeqValue);    //first output:1 2 3 4 5     PrintElements(Coll, "first time insert value: ");    //initial m_nValue is 6,so will insert 6 7 8 9 10    generate_n(back_inserter(Coll), 5, SeqValue);    //second output:1 2 3 4 5  6 7 8 9 10    PrintElements(Coll, "second time insert value: ");    //function object By pass, so that m_nValue initial value doesn't change,it is 6 ;    //insert 6 7 8 9 10    generate_n(back_inserter(Coll), 5, SeqValue);    //output: 1 2 3 4 5  6 7 8 9 10 6 7 8 9 10    PrintElements(Coll ,"third time inset value: ");            //creat other function object instance By pass,     //insert 20 21    generate_n(back_inserter(Coll), 2, IntSequence(20));    //output: 1 2 3 4 5  6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 20 21    PrintElements(Coll ,"fourth time inset value: ");}

方式二：

运用for_each()算法的返回值。如果我们使用了for_each()算法，我们可以得到for_each的返回值，来获取仿函数对象的最终状态，这是其他算法所不支持的，见例子5.

例子5

class CMeanValue{public:    //constructor    CMeanValue():lNum(0),lSum(0){};        //function call    void operator()(int elem)    {        lNum += 1;        lSum += elem;    }    //return mean value    double GetMeanValue()    {        return static_cast<double>(lSum) / static_cast<double>(lNum);    }private:    long lNum;//number of elements    long lSum;//sum of all elements};/*****************************************************************函数名称：GetFunctorSatate*功    能：利用for_each返回值，获取仿函数结果*作    者：Jin*日    期：2016年6月5日****************************************************************/void GetFunctorSatate(){   list <int> Coll;   const int nMaxNum= 10;   for (int i = 0;i < nMaxNum; i++)   {       Coll.push_back(i);   }   CMeanValue obj;   CMeanValue Ret;   //for_each return Functor after deal all the elements   Ret= for_each(Coll.begin(),Coll.end(), obj/*CMeanValue()*/);   cout << "mean value: " << Ret.GetMeanValue() << endl;}

仿函数(functor)在各编程语言中的应用

实例：

#include "stdafx.h"#include <string.h>#include <algorithm>#include <vector>#include <deque>#include <functional>#include <iostream>#include <list>#include <sstream>#include <iterator>#include <functional>#include <stdlib.h>using namespace std;/************************************************************************//* 比较两个参数大小,确定排序规则                                        *//* 返回值：                                                             *//*     > 0     a排在b后面                                               *//*     = 0     排序不确定                                               *//*     < 0     a排在b前面                                               *//************************************************************************/int CompareAge(const void *a, const void *b){return *((int*)(a)) - *((int*)(b));}//define less function objectclass CUseLess{public:bool operator()(int a, int b)const{return a < b;}};int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){const int MaxNum = 5;int nAge[MaxNum] = {10, 12, 30, 4, 27};//C语言使用函数指针和回调函数来实现仿函数printf("Use function point and Callback function\n");qsort(nAge, sizeof(nAge)/sizeof(0), sizeof(int), CompareAge);for (int i = 0; i < MaxNum; i++){printf("%d ",nAge[i]);}printf("\n");//C++中，使用在一个类中重载括号运算符的方法，使一个类对应具有函数行为vector <int> vecCollector;for (int i = 0; i < MaxNum; ++i){vecCollector.push_back(nAge[i]);}//其实sort排序算法中，我们经常会引用“functional”中预定义的仿函数，//诸如less,greater，greater_equal等，这里只是使用用户定义版的less，实现原理是一样的。//sort(vecCollector.begin(), vecCollector.end(), less<int>());//functional中的仿函数cout << "Use Fucntion object" << endl;sort(vecCollector.begin(), vecCollector.end(), CUseLess());//用户自定义的仿函数copy(vecCollector.begin(), vecCollector.end(), ostream_iterator<int>(cout," "));cout << endl;return 0;}

输出:

预定义的仿函数

      STL中提供了许多预定义的仿函数，要使用这些预定义的仿函数必须包含头文件<functional>,，对于对对象排序或进行比较时，一般都是以less<>为预设准则。表1列出了这些仿函数。