【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 )

桃扇骨 2024-02-05 22:19 34阅读 0赞

#### 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 ;

**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. . .

![在这里插入图片描述][d28ede17d0e24f01927d564dfe9b9dd8.png]

## 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. . .

![在这里插入图片描述][98e846d1b7004100a92c4ef2a23ba646.png]

### 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. . .

![在这里插入图片描述][4e55bb816bc544b2832f12f6bc99ec51.png]

[d28ede17d0e24f01927d564dfe9b9dd8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/51fc1dff691646d88b7bd725ae3c73db.png
[98e846d1b7004100a92c4ef2a23ba646.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/15a03dd0e8064c08aa07c55723702959.png
[4e55bb816bc544b2832f12f6bc99ec51.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/01/30/c79ae94952f346178b8bf573e4b38544.png