C++函数配接器

一、概述

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配接器(adaptor)在STL组件的灵活运用功能上，扮演着轴承、转换器的角色，将一种容器或迭代器装换或封装成另一种容器或迭代器。adaptor这个概念，实际上是一种设计模式，其定义如下:

将一个class的接口转换为另一个class的接口，使原本因接口不兼容而不能合作的classes，可以一起运作。

配接器按功能可以分为如下3类:

可以改变函数或仿函数接口的适配器，称为仿函数适配器；

针对容器的适配器，称为容器适配器；

针对迭代器的适配器，称为迭代器适配器。

本博客只介绍仿函数适配器，在实际编程中比较常见。

二、什么是可配接对象

什么是可配接对象？看到这句话可能还云里雾里的，真不太明白，下面通过一个很简单的给数组排序的例子来解释一下。

#include 
#include 
#include 
#include      //ostream_iterator

using namespace std;

struct myLess
{
        bool operator()(int lhs, int rhs) const
        {   
                return lhs < rhs;
        }   
};

int main()
{
        int IntArray[] = {7,4,2,9,1};
        sort(IntArray, IntArray + sizeof(IntArray) / sizeof(int), myLess());
        copy(IntArray, IntArray + sizeof(IntArray) / sizeof(int), ostream_iterator(cout, "\n"));
        return 0;
}

#程序执行结果
[root@oracle Documents]# ./a.out 
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可以看到这个程序正确执行了，现在我想让程序内的数组进行降序。当然你可以重新定义一个仿函数，但是我想用一个更快捷的方法，那就是not2函数。

//修改排序那一行的函数
sort(IntArray, IntArray + sizeof(IntArray) / sizeof(int), not2(myLess()));

但是我发现这样是编译不过的，为什么呢？这就回到我们的主题了，因为myLess不是一个可配接对象。那么如何让它变成一个可配接对象呢，继续往下看。

三、unary_function和binary_function

为什么刚刚写的myLess对象是不可配接的呢？因为它缺少argument_type、first_argument_type、second_argument_type和result_type这些特殊类型的定义。而unary_function和binary_function则可以提供这些类型的定义。我们在定义仿函数的时候，只需继承自这2个函数，那么我们的仿函数就是可配接的对象了。由于unary_function和binary_function是STL提供的模版，所以必须要指定必要的参数类型。

#include 
#include 
#include 
#include      //ostream_iterator
#include    //binary_function, not2

using namespace std;

//第一个参数，第二个参数，返回值
struct myLess : public binary_function
{
        bool operator()(int lhs, int rhs) const
        {   
                return lhs < rhs;
        }   
};

int main()
{
        int IntArray[] = {7,4,2,9,1};
        sort(IntArray, IntArray + sizeof(IntArray) / sizeof(int), not2(myLess()));
        copy(IntArray, IntArray + sizeof(IntArray) / sizeof(int), ostream_iterator(cout, "\n"));
        return 0;
}

#程序执行结果
[root@oracle Documents]# ./a.out 
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2
1

传递给unary_function和binary_function的模版参数正是函数子类的operator()的参数类型和返回值。如果operator()接受一个参数，则使用unary_function<参数, 返回值>；如果operator()接受两个参数，则使用binary_function<参数1, 参数2, 返回值>。

一般情况下，传递给unary_function和binary_function的非指针类型需要去掉const和引用(&)部分。如下:

struct myLess : public binary_function
{
        bool operator()(const myClass &lhs, const myClass &rhs) const
        {   
                return lhs < rhs;
        }   
};

但是以指针作为参数或返回值的函数子类，一般规则是，传给unary_function和binary_function的类型与operator()的参数和返回类型完全相同。如下:

struct myLess : public binary_function
{
        bool operator()(const myClass *lhs, const myClass *rhs) const
        {   
                return lhs < rhs;
        }   
};

四、标准的函数配接器

1. not1和not2

这2个配接器都是对可配接对象的否定。上面已经介绍过使用方法了。那么什么时候用not1，什么时候用not2呢？

如果可配接对象的operator()接受一个参数则使用not1；如果可配接对象的operator()接受两个参数则使用not2。

2. bind1st和bind2nd

bind1st表示我们绑定第一个参数，bind2st表示我们绑定第二个参数。

#include 
#include 
#include 
#include      //ostream_iterator
#include    //binary_function, bind1st

using namespace std;

struct myLess : public binary_function
{
        bool operator()(int lhs, int rhs) const
        {   
                return lhs < rhs;
        }   
};

int main()
{
        int IntArray[] = {7,4,2,9,1};
        vector IntVec(IntArray, IntArray + sizeof(IntArray) / sizeof(int));
        IntVec.erase(remove_if(IntVec.begin(), IntVec.end(), bind1st(myLess(), 5)), IntVec.end());
        copy(IntVec.begin(), IntVec.end(), ostream_iterator(cout, "\n"));
        return 0;
}

#程序执行结果
[root@oracle Documents]# ./a.out 
4
2
1

bind1st(myLess(), 5)相当于把5赋值给lhs，那么表达式就变成 5 < rhs，所以7和9就被删除了。

如果把bind1st(myLess(), 5)改成bind2nd(myLess(), 5))，就相当于把5赋值给rhs，那么表达式就变成 lhs < 5, 所以1、2和4就被删除了。bind1st(myLess(), 5) 等于 not1(bind2nd(myLess(), 5)))。

五、ptr_fun、mem_fun和mem_fun_ref

我们已经知道仿函数通过继承unary_function和binary_function可以变成可配接对象，那么普通函数或者类的成员函数如何变成可配接对象呢？这就需要用到标题中的三个函数了。

#include 
#include 
#include 
#include      //ostream_iterator
#include    //not2

using namespace std;

class sortObj
{
public:
        bool memComp(const sortObj *other)
        {   
                return *this < *other;
        }   

        bool memComp_const(const sortObj &other) const
        {   
                return *this < other;
        }   
public:
        sortObj(int v) : value(v){}
        ~sortObj(){}

        friend bool operator<(const sortObj &lhs, const sortObj &rhs)
        {   
                return lhs.value < rhs.value;
        }

        friend ostream & operator<<(ostream &os, const sortObj &obj)
        {
                return os << obj.value << endl;
        }
private:
        int value;
};

bool sortFun(const sortObj &lhs, const sortObj &rhs)
{
        return lhs < rhs;
}

//把指针转换成对象
sortObj & ptrToObj(sortObj *ptr)
{
        return *ptr;
}

int main()
{
        sortObj objArray[] = {
                sortObj(7),
                sortObj(4),
                sortObj(2),
                sortObj(9),
                sortObj(1)
        };
        vector objVec(objArray, objArray + sizeof(objArray) / sizeof(sortObj));

        //配接普通函数(降序)
        sort(objVec.begin(), objVec.end(), not2(ptr_fun(sortFun)));
        copy(objVec.begin(), objVec.end(), ostream_iterator(cout, ""));
        cout << endl;

        srand(time(NULL));
        random_shuffle(objVec.begin(), objVec.end());   //打乱顺序
        //配接对象的成员函数(升序)
        sort(objVec.begin(), objVec.end(), mem_fun_ref(&sortObj::memComp_const));
        copy(objVec.begin(), objVec.end(), ostream_iterator(cout, ""));
        cout << endl;

        //配接指针的成员函数(降序)
        vector objVecPtr;
        objVecPtr.push_back(new sortObj(7));    //内存泄漏了，不要在意这些细节
        objVecPtr.push_back(new sortObj(4));
        objVecPtr.push_back(new sortObj(2));
        objVecPtr.push_back(new sortObj(9));
        objVecPtr.push_back(new sortObj(1));
        sort(objVecPtr.begin(), objVecPtr.end(), not2(mem_fun(&sortObj::memComp)));
        transform(objVecPtr.begin(), objVecPtr.end(), ostream_iterator(cout, ""), ptrToObj);

        return 0;
}

上述代码中，首先调用not2(ptr_fun(sortFun))，用ptr_fun对普通函数sortFun进行配接；其次调用mem_fun_ref(&sortObj::memComp_const)和not2(mem_fun(&sortObj::memComp))对sortObj类的成员函数进行配接。这里有的童鞋可能有疑问：memComp明明只有一个形参，为什么用not2而不是not1？成员函数在别调用的时候，会自动传进this指针的，所以这里还是两个参数。

mem_fun和mem_fun_ref都是对类的成员函数进行配接，那么它们有什么区别吗？相信细心的童鞋已经看出来了，当容器中存放的是对象实体的时候用mem_fun_ref，当容器中存放的是对象的指针的时候用mem_fun。

mem_fun和mem_fun_ref有一个很大的弊端：它们只能接收0个或1个参数(不算this指针)。这个实在有点局限。新的bind函数模板可以用于任何函数、函数指针、成员函数、函数对象、模板函数、lambda表达式，还可以嵌套bind。

六、bind

上面介绍的这些配接器都是C++11之前使用的，在C++11中这些配接器已经被废弃了，改成使用bind函数。如果想在C++11之前的版本中使用这个函数，有Linux下有两种方法。

1. 包含头文件，在编译的时候增加编译参数-std=c++0x,那么就可以使用std::bind了

2. 包含#include 头文件，直接可以使用std::tr1::bind了。

在bind中有2种方式可以把值传递进bind函数中，一种是预先绑定的参数，这个参数是通过pass-by-value传递进去的；另一种是不预先绑定的参数，这种参数是通过placeholders占位符传递进去的，它是pass-by-reference的。

上述代码中的3个排序函数配接器可以替换成下面这样的bind，如下:

//绑定普通函数(降序)
sort(objVec.begin(), objVec.end(), tr1::bind(sortFun, tr1::placeholders::_2, tr1::placeholders::_1));
//绑定类对象的成员函数(升序)
sort(objVec.begin(), objVec.end(), tr1::bind(&sortObj::memComp_const, tr1::placeholders::_1, tr1::placeholders::_2));
//绑定类指针的成员函数(降序)
sort(objVecPtr.begin(), objVecPtr.end(), tr1::bind(&sortObj::memComp, tr1::placeholders::_2, tr1::placeholders::_1));

注意，在上面的例子中，我使用了not2方法对结果进行倒序。但是bind和not2是不兼容的，实现倒序的方法也很简单，先传递placeholders::_2，再传递placeholders::_1就可以实现了。

bind的其他用法实例:

#include 
#include 
#include 

using namespace std;
using namespace std::tr1;

int main()
{
        //嵌套bind
        //(x + y) * x
        function func = bind(multiplies(), 
                                bind(plus(), placeholders::_1, placeholders::_2), 
                                placeholders::_1);
        cout << func(2, 3) << endl;

        //reference_wrapper类型, 实现绑定引用
        int x = 10; 
        function funcMinus = bind(minus(), 100, cref(x));
        cout << funcMinus() << endl;    //输出90

        x = 50; 
        cout << funcMinus() << endl;    //输出50
        return 0;
}

function的<>中定义的是绑定后的函数的原型，即func和funcMinus的函数原型

#程序执行结果
[root@oracle Documents]# ./a.out 
10
90
50

七、内置仿函数

上面介绍bind的例子中已经使用过C++内置的仿函数，这里再进行一下汇总

1）算术类仿函数

加：plus 接收2个参数

减：minus 接收2个参数

乘：multiplies 接收2个参数

除：divides 接收2个参数

模取：modulus 接收2个参数

否定：negate 接收1个参数(正数变负数，负数变正数)

2）关系运算类仿函数

等于：equal_to 接收2个参数

不等于：not_equal_to 接收2个参数

大于：greater 接收2个参数

大于等于：greater_equal 接收2个参数

小于：less 接收2个参数

小于等于：less_equal 接收2个参数

3）逻辑运算仿函数

逻辑与：logical_and 接收2个参数

逻辑或：logical_or 接收2个参数

逻辑否：logical_no 接收2个参数

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