【C++】STL 算法 ③ ( 函数对象中存储状态 | 函数对象作为参数传递时值传递问题 | for_each 算法的函数对象参数是值传递 )

韩曙亮

发布于 2024-01-07 08:58:44

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文章目录

一、函数对象中存储状态
- 1、函数对象中存储状态简介
- 2、示例分析
二、函数对象作为参数传递时值传递问题
- 1、for_each 算法的函数对象参数是值传递
- 2、代码示例 - for_each 函数的函数对象参数在外部不保留状态
- 3、代码示例 - for_each 函数的函数对象返回值

一、函数对象中存储状态

1、函数对象中存储状态简介

在 C++ 语言中 , 函数对象 / 仿函数可以像函数一样被调用 , 并且其还具有类的特征 , 可以通过继承和重载来修改重载函数调用操作符函数的行为 ;

函数对象 / 仿函数通常是通过定义一个类 , 然后为这个类重载函数调用操作符 () 来实现的 ;

函数对象的一个重要特性是 " 可以存储状态 " ; 这意味着你可以在类的成员变量中存储数据 , 这些数据可以在函数调用之间保持不变 ;

普通的函数是无法存储状态的 , 因为普通函数中局部变量在函数执行完成后 , 自动销毁 ;

函数对象 / 仿函数的一个主要优势是它们可以拥有状态 , 而普通函数则不能 ;

这使得 " 函数对象 / 仿函数 " 在需要保持某些数据或状态在多次函数调用之间不变的情况下非常有用 ,

例如 : 在 STL 算法中 , 函数对象经常被用作谓词或用于在容器的每个元素上执行某种操作的函数 , 由于它们可以存储状态 , 因此可以根据算法的需要进行定制 ;

在下面的示例中 , 函数对象中维护了一个状态位 , 用于记录该函数对象的调用次数 ;

下面的函数对象 / 仿函数中 , 存储了状态 n , 每调用一次该仿函数 , 该成员自增 1 ;

//函数对象 类重载了()
template <typename T>
class PrintT {
public:
	void operator()(T& t) {
		cout << n << " . " << t << endl;
		// 每调用一次, 自增 1
		n++;
	}

private:
	// 每调用一次, 该成员自增 1
	// 该状态一直存储
	int n = 0;
};

2、示例分析

在下面的代码示例中 ,

首先 , 定义了函数对象 / 仿函数 PrintT 类 , 该类重载了函数调用操作符 () , 其重载函数是 void operator()(T& t) ;

在该函数对象中 , 存储了一个状态值 n ,
每次调用该重载函数 , 状态值 n 都会自增 1 ;

//函数对象 类重载了()
template <typename T>
class PrintT {
public:
	void operator()(T& t) {
		cout << n << " . " << t << endl;
		// 每调用一次, 自增 1
		n++;
	}

private:
	// 每调用一次, 该成员自增 1
	// 该状态一直存储
	int n = 0;
};

然后 , 在 foreach 循环中 , 将该函数对象传入循环算法中 , 每次遍历 vector 容器中的元素时 , 都会调用该函数对象 , 同时每次调用时 , 函数对象中的 n 值都会自增 1 ;

	// 向 foreach 循环中传入函数对象
	// 在函数对象中打印元素内容
	for_each(vec.begin(), vec.end(), PrintT<int>());

代码示例 :

#include "iostream"
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "functional"

//函数对象 类重载了()
template <typename T>
class PrintT {
public:
	void operator()(T& t) {
		cout << n << " . " << t << endl;
		// 每调用一次, 自增 1
		n++;
	}

private:
	// 每调用一次, 该成员自增 1
	// 该状态一直存储
	int n = 0;
};

int main() {

	// 创建一个 vector 单端数组容器
	vector<int> vec;

	// 向容器中插入元素
	vec.push_back(1);
	vec.push_back(3);
	vec.push_back(5);

	// 向 foreach 循环中传入函数对象
	// 在函数对象中打印元素内容
	for_each(vec.begin(), vec.end(), PrintT<int>());


	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
	return 0;
};

执行结果 : 打印时 , 先把状态值 n 打印出来 , 然后跟着打印 vector 容器中的元素 ,

0 . 1 1 . 3 2 . 5 请按任意键继续. . .

二、函数对象作为参数传递时值传递问题

1、for_each 算法的函数对象参数是值传递

下面开始分析 for_each 函数中函数对象作为参数的具体细节 ;

for_each 算法的调用代码如下 :

	// 向 foreach 循环中传入函数对象
	// 在函数对象中打印元素内容
	for_each(vec.begin(), vec.end(), PrintT<int>());

for_each 算法的函数原型如下 :

// FUNCTION TEMPLATE for_each
template <class _InIt, class _Fn>
_Fn for_each(_InIt _First, _InIt _Last, _Fn _Func) { // perform function for each element [_First, _Last)
    _Adl_verify_range(_First, _Last);
    auto _UFirst      = _Get_unwrapped(_First);
    const auto _ULast = _Get_unwrapped(_Last);
    for (; _UFirst != _ULast; ++_UFirst) {
        _Func(*_UFirst);
    }

    return _Func;
}

上述 for_each 函数的形参 _Fn _Func 是一个值 , 不是引用 ;

传递的是引用的话 , 那么外部的对象和实参值是相同的对象 ;

传递的是值的话 , 那么实参只是外部的对象的副本值 , 在 for_each 函数中 , 无论如何操作改变实参 , 都不会影响到外部的对象 ;

如果在 for_each 算法中调用了函数对象 , 函数对象中有状态改变 ;

在 for_each 算法外部继续调用该函数对象 , 由于 for_each 是值传递 , 传递的只是函数对象副本 , 副本的状态改变不会影响到外部函数 ;

如果想要保留上述状态改变 , 则需要使用函数对象接收 for_each 的返回值 , 这个函数对象保留了内部函数对象参数副本的状态值 ;

2、代码示例 - for_each 函数的函数对象参数在外部不保留状态

如果在 for_each 算法中调用了函数对象 , 函数对象中有状态改变 ;

在 for_each 算法外部继续调用该函数对象 , 由于 for_each 是值传递 , 传递的只是函数对象副本 , 副本的状态改变不会影响到外部函数 ;

在外部调用函数对象时 , 发现状态值还是 0 , 这说明值传递改变的是函数对象实参副本值 , 没有影响外部的函数对象值 ;

0 . 666

代码示例 :

#include "iostream"
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "functional"

//函数对象 类重载了()
template <typename T>
class PrintT {
public:
	void operator()(T& t) {
		cout << n << " . " << t << endl;
		// 每调用一次, 自增 1
		n++;
	}

private:
	// 每调用一次, 该成员自增 1
	// 该状态一直存储
	int n = 0;
};

int main() {

	// 创建一个 vector 单端数组容器
	vector<int> vec;

	// 向容器中插入元素
	vec.push_back(1);
	vec.push_back(3);
	vec.push_back(5);


	// 创建函数对象
	PrintT<int> printT;

	// 向 foreach 循环中传入函数对象
	// 在函数对象中打印元素内容
	for_each(vec.begin(), vec.end(), printT);

	// 再次调用 函数对象
	cout << "再次调用函数对象 : " << endl;
	int a = 666;
	printT(a);


	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
	return 0;
};

执行结果 :

0 . 1
1 . 3
2 . 5
再次调用函数对象 :
0 . 666
请按任意键继续. . .

3、代码示例 - for_each 函数的函数对象返回值

如果在 for_each 算法中调用了函数对象 , 函数对象中有状态改变 ;

在 for_each 算法外部继续调用该函数对象 , 由于 for_each 是值传递 , 传递的只是函数对象副本 , 副本的状态改变不会影响到外部函数 ;

如果想要保留上述状态改变 , 则需要使用函数对象接收 for_each 的返回值 , 这个函数对象保留了内部函数对象参数副本的状态值 ;

使用 PrintT<int> printT; 函数对象变量 , 接收 for_each 算法的返回值 , 再次执行该函数对象调用 , 发现状态值被保留了下来 , 打印值为 :

3 . 666

代码示例 :

#include "iostream"
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "functional"

//函数对象 类重载了()
template <typename T>
class PrintT {
public:
	void operator()(T& t) {
		cout << n << " . " << t << endl;
		// 每调用一次, 自增 1
		n++;
	}

private:
	// 每调用一次, 该成员自增 1
	// 该状态一直存储
	int n = 0;
};

int main() {

	// 创建一个 vector 单端数组容器
	vector<int> vec;

	// 向容器中插入元素
	vec.push_back(1);
	vec.push_back(3);
	vec.push_back(5);


	// 创建函数对象
	PrintT<int> printT;

	// 向 foreach 循环中传入函数对象
	// 在函数对象中打印元素内容
	printT = for_each(vec.begin(), vec.end(), printT);

	// 再次调用 函数对象
	cout << "再次调用函数对象 : " << endl;
	int a = 666;
	printT(a);


	// 控制台暂停 , 按任意键继续向后执行
	system("pause");
	return 0;
};

执行结果 :

0 . 1
1 . 3
2 . 5
再次调用函数对象 :
3 . 666
请按任意键继续. . .

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原始发表：2024-01-06，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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