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C++ 自适应函数符和函数适配器

2023-04-14  今日头条  睿智的海边风浪
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C++自适应函数符和函数适配器是C++标准库中非常重要的概念,它们为C++程序员提供了更加灵活和高效的编程方式。自适应函数符是指一类函数对象,可以根据输入的参数类型自动推导出返回值类型,无需手动指定。C++标准库中提供了多种自适应函数符,包括加法、减法、乘法、除法、取模运算、取反等函数符。函数适配器是指将一个函数对象适配成另一个函数对象,以满足特定的需求。C++标准库中提供了多种函数适配器,包括绑定器、函数包装器、成员函数适配器和引用包装器等。

自适应函数符

C++标准库中的自适应函数符是一种函数对象,它可以根据输入的参数类型自动推导出返回值类型。这些函数符通常用于泛型编程中,可以适用于不同的数据类型。C++标准库中提供了多种自适应函数符,包括加法、减法、乘法、除法、取模运算和取反等函数符。

  1. std::plus:加法函数符

std::plus是一个二元函数对象,用于实现加法运算。当输入为两个整数时,返回的结果也是整数类型;当输入为两个浮点数时,返回的结果也是浮点数类型。示例代码如下:

#include <IOStream>
#include <functional>

int main() {
    std::plus<int> add_int;
    std::plus<double> add_double;

    int a = 1, b = 2;
    double x = 1.5, y = 2.5;

    std::cout << "add_int(a, b) = " << add_int(a, b) << std::endl;
    std::cout << "add_double(x, y) = " << add_double(x, y) << std::endl;

    return 0;
}

输出结果为:

add_int(a, b) = 3
add_double(x, y) = 4
  1. std::minus:减法函数符

std::minus也是一个二元函数对象,用于实现减法运算。当输入为两个整数时,返回的结果也是整数类型;当输入为两个浮点数时,返回的结果也是浮点数类型。示例代码如下:

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::minus<int> subtract_int;
    std::minus<double> subtract_double;

    int a = 1, b = 2;
    double x = 1.5, y = 2.5;

    std::cout << "subtract_int(a, b) = " << subtract_int(a, b) << std::endl;
    std::cout << "subtract_double(x, y) = " << subtract_double(x, y) << std::endl;

    return 0;
}

输出结果为:

subtract_int(a, b) = -1
subtract_double(x, y) = -1
  1. std::multiplies:乘法函数符

std::multiplies也是一个二元函数对象,用于实现乘法运算。当输入为两个整数时,返回的结果也是整数类型;当输入为两个浮点数时,返回的结果也是浮点数类型。示例代码如下:

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::multiplies<int> multiply_int;
    std::multiplies<double> multiply_double;

    int a = 2, b = 3;
    double x = 2.5, y = 3.5;

    std::cout << "multiply_int(a, b) = " << multiply_int(a, b) << std::endl;
    std::cout << "multiply_double(x, y) = " << multiply_double(x, y) << std::endl;

    return 0;
}

输出结果为:

multiply_int(a, b) = 6
multiply_double(x, y) = 8.75
  1. std::divides:除法函数符

std::divides也是一个二元函数对象,用于实现除法运算。当输入为两个整数时,返回的结果为整数类型;当输入为两个浮点数时,返回的结果也是浮点数类型。示例代码如下:

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::divides<int> divide_int;
    std::divides<double> divide_double;

    int a = 6, b = 3;
    double x = 5.5, y = 2.5;

    std::cout << "divide_int(a, b) = " << divide_int(a, b) << std::endl;
    std::cout << "divide_double(x, y) = " << divide_double(x, y) << std::endl;

    return 0;
}

输出结果为:

divide_int(a, b) = 2
divide_double(x, y) = 2.2
  1. std::modulus:取模运算函数符

std::modulus也是一个二元函数对象,用于实现取模运算。当输入为两个整数时,返回的结果为整数类型。示例代码如下:

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::modulus<int> mod_int;

    int a = 7, b = 3;

    std::cout << "mod_int(a, b) = " << mod_int(a, b) << std::endl;

    return 0;
}

输出结果为:

mod_int(a, b) = 1
  1. std::negate:取反函数符

std::negate是一个一元函数对象,用于实现取反运算。当输入为一个整数时,返回的结果也是整数类型;当输入为一个浮点数时,返回的结果也是浮点数类型。示例代码如下:

#include <iostream>
#include <functional>

int main() {
    std::negate<int> negate_int;
    std::negate<double> negate_double;

    int a = 3;
    double x = 2.5;

    std::cout << "negate_int(a) = " << negate_int(a) << std::endl;
    std::cout << "negate_double(x) = " << negate_double(x) << std::endl;

    return 0;
}

输出结果为:

negate_int(a) = -3
negate_double(x) = -2.5

总之,C++标准库中提供的自适应函数符非常方便,可以根据输入参数类型自动推导出返回值类型,无需手动指定,使得泛型编程更加简单。上述示例代码展示了这些函数符的使用方法,可以根据自己的需要选择合适的函数符来完成相应的运算。

函数适配器

函数适配器是 C++ 标准库中的一个重要概念,它可以将一个函数对象适配成另一个函数对象,以满足特定的需求。C++ 标准库中提供了四种函数适配器:std::bind、std::function、std::mem_fn 和 std::reference_wrApper。

  1. std::bind

std::bind 是一个绑定器,它可以将一个函数对象的参数绑定到指定的值,从而生成一个新的函数对象。std::bind 的语法如下:

template<class F, class... Args>
auto bind(F&& f, Args&&... args);

其中,F 是需要绑定参数的函数对象,Args 是需要绑定的参数。std::bind 返回一个新的函数对象,它将 F 和 args 绑定在一起。

下面是一个使用 std::bind 的例子:

#include <iostream>
#include <functional>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    auto add2 = std::bind(add, 2, std::placeholders::_1);
    std::cout << add2(3) << std::endl; // 输出 5
    return 0;
}

在这个例子中,我们定义了一个 add 函数,它有两个参数。然后,我们使用 std::bind 将 add 函数的第一个参数绑定为 2,第二个参数使用 std::placeholders::_1 占位符来表示,表示这个参数在调用时将被动态传入。最后,我们通过调用 add2 来计算 2 + 3 的值,得到了结果 5。

  1. std::function

std::function 是一个函数包装器,它可以将任意可调用对象封装成一个函数对象。std::function 的语法如下:

template<class R, class... Args>
class function<R(Args...)>;

其中,R 是函数的返回类型,Args 是函数的参数类型列表。std::function 可以封装任意可调用对象,包括函数指针、成员函数指针、lambda 表达式、函数对象等。

下面是一个使用 std::function 的例子:

#include <iostream>
#include <functional>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    std::function<int(int, int)> f = add;
    std::cout << f(2, 3) << std::endl; // 输出 5
    return 0;
}

在这个例子中,我们定义了一个 add 函数,然后使用 std::function 将它封装成一个函数对象 f。最后,我们通过调用 f 来计算 2 + 3 的值,得到了结果 5。

  1. std::mem_fn

std::mem_fn 是一个成员函数适配器,它可以将一个成员函数适配成一个函数对象。std::mem_fn 的语法如下:

template<class R, class T>
std::mem_fn(R T::* pm);

其中,R 是成员函数的返回类型,T 是成员函数所属的类类型,pm 是成员函数指针。

下面是一个使用 std::mem_fn 的例子:

#include <iostream>
#include <functional>

class A {
public:
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
};

int main() {
    A a;
    auto f = std::mem_fn(&A::add);
    std::cout << f(a, 2, 3) << std::endl; // 输出 5
    return 0;
}

在这个例子中,我们定义了一个类 A,它有一个成员函数 add。然后,我们使用 std::mem_fn 将 add 函数适配成一个函数对象 f。最后,我们通过调用 f 来计算 a.add(2, 3) 的值,得到了结果 5。

  1. std::reference_wrapper

std::reference_wrapper 是一个引用包装器,它可以对一个对象进行引用封装,从而生成一个新的函数对象。std::reference_wrapper 的语法如下:

template<class T>
class reference_wrapper;

其中,T 是要引用封装的对象类型。

下面是一个使用 std::reference_wrapper 的例子:

#include <iostream>
#include <functional>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
	int a = 2, b = 3;
	auto f = std::ref(add);
	std::cout << f(a, b) << std::endl; // 输出 5
	return 0;
}

自定义函数符和函数适配器

在C++中,我们可以自定义函数符和函数适配器来满足特定的需求。下面将分别介绍如何自定义函数符和函数适配器。

首先,自定义函数符需要满足以下条件:

  1. 函数符必须是一个struct或class类型。
  2. 函数符必须重载operator(),并且参数和返回值类型必须与其它函数符和函数适配器兼容。
  3. 函数符应该符合可调用对象的要求,这意味着它可以像函数一样被调用。

下面是一个简单的自定义函数符的示例代码:

struct MyFunc {
  int operator()(int x, int y) const {
    return x + y;
  }
};

这个函数符可以将两个整数相加并返回它们的和。我们可以像使用其它函数符一样使用它:

MyFunc func;
int result = func(2, 3); // result = 5

接下来,让我们来看一下如何自定义函数适配器。自定义函数适配器可以用于将一个函数对象适配成另一个函数对象,以满足特定的需求。下面是一个示例代码,说明如何自定义一个简单的函数适配器:

template<typename T>
struct MyAdapter {
  MyAdapter(T func) : func_(func) {}
  
  int operator()(int x, int y) const {
    return func_(x, y);
  }
  
  T func_;
};

这个函数适配器接受一个函数对象作为参数,并将它适配成一个接受两个整数参数并返回一个整数的函数对象。我们可以像使用其它函数适配器一样使用它:

MyFunc func;
MyAdapter<MyFunc> adapter(func);
int result = adapter(2, 3); // result = 5

以上就是自定义函数符和函数适配器的基本方法。需要注意的是,我们应该根据具体的需求来设计自己的函数符和函数适配器,并确保它们与标准库中的函数符和函数适配器兼容。

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