STL——仿函数（函数对象）

一、仿函数（也叫函数对象）概观

仿函数的作用主要在哪里？从第6章可以看出，STL所提供的各种算法，往往有两个版本，其中一个版本表现出最常用（或最直观）的某种运算，第二个版本则表现出最泛化的演算流程，允许用户“以template参数来指定所要采行的策略”。以sort()为例，其第一版本是以operator<为排序时的元素位置调整依据，第二版本则允许用户指定任何“操作”，务求排序后的两两相邻元素都能令该操作结果为true。

要将某种“操作”当做算法的参数，唯一办法就是先将该“操作”（可能拥有数条以上的指令）设计为一个函数，再将函数指针当做算法的一个参数；或是将该“操作”设计为一个所谓的仿函数（就语言层面来说是个class），再以该仿函数产生一个对象，并以此对象作为算法的一个参数。

根据以上陈述，既然函数指针可以达到“将整组操作当做算法的参数”，那又何必有所谓的仿函数呢？原因在于函数指针毕竟不能满足STL对抽象性的要求，也不能满足软件积木的要求——函数指针无法和STL其他组件（如配接器adapter）搭配，产生更灵活的变化。同时，函数指针无法保存信息，而仿函数可以。

就实现观点而言，仿函数其实上就是一个“行为类似函数”的对象。为了能够“行为类似函数”，其类别定义中必须自定义（或说改写，重载）function call运算子（operator()）。拥有这样的运算子后，我们就可以在仿函数的对象后面加上一对小括号，以此调用仿函数所定义的operator()。如下：

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    greater<int> ig;
    cout << boolalpha << ig(, );       //
    cout << greater<int>()(, );

其中第一种用法比较为大家所熟悉，greater<int>ig的意思是产生一个名为ig的对象，ig(4, 6)则是调用其operator() ，并给予两个参数4,6。第二种用法中的greater<int>() 意思是产生一个临时（无名的）对　　象，之后的(6, 4)才是指定两个参数6,5。

上述第二种语法在一般情况下不常见，但是对仿函数而言，却是主流用法。（STL中的仿函数绝大部分采用这种用法）

STL 仿函数的分类，若以操作数的个数划分，可分为一元和二元仿函数；若以功能划分，可分为算术运算、关系运算、逻辑运算三大类。任何应用程序欲使用STL内建的仿函数，都必须含入<functional>头文件，SGI则将它们实际定义于<stl_function.h>文件中。

二、可配接（adaptable）的关键

STL仿函数应该有能力被函数配接器修饰，彼此像积木一样地串接。为了拥有配接能力，每一个仿函数必须定义自己的相应型别，就像迭代器如果要融入整个STL大家庭，也必须依照规定定义自己的5个相应型别一样。这些相应型别是为了让配接器能够取出，获得仿函数的某些信息(仿函数能够保存信息，函数指针则不能)。相应型别都只是一些typedef，所有必要操作在编译期就全部完成了，对程序的执行效率没有任何影响，不带来任何额外负担。

仿函数的相应型别主要用来表现函数参数型别和传回值型别。为了方便起见，<stl_function.h>定义了两个classes，分别代表一元仿函数和二元仿函数（STL不支持三元仿函数），其中没有任何data members或member functions，唯有一些型别定义。任何仿函数，只要依个人需求选择继承其中一个class，便自动拥有了那些相应型别，也就自动拥有了配接能力。

1. unary_function

unary_function 用来呈现一元函数的参数型别和返回值型别。其定义非常简单：

// STL 规定，每一个Adaptable Unary Function 都应该继承此类别
template <class Arg, class Result>
struct unary_function
{
    typedef Arg argument_type;
    typedef Result result_type;
};

一旦某个仿函数继承了uanry_function，其用户便可以取得该仿函数的参数型别，并以相同手法取得其返回值型别；

// 以下仿函数继承了uanry_function。
template <class T>
struct negate:public uanry_function<T,T>
{
    T operator() (const T& x) const { return -x; };
};

// 以下配接器（adapter）用来表示某个仿函数的逻辑负值
template <class Predicate>
class unary_negate
    ...
public:
    // 模板中,需要typename来指明后面的定义是一个类型
    bool operator() (const typename Predicate::argument_type& x) const
    {
        ....
    }
};

2. binary_function

binary_function用来呈现二元函数的第一参数型别、第二参数型别，以及返回值型别。其定义非常简单：

// STL规定，每一个Adaptable Binary Function 都应该继承此类别
template <class Arg1, class Arg2, class Result>
struct binary_function
{
    typedef Arg1 first_argument_type;
    typedef Arg2 second_argument_type;
    typedef Result result_type;
};

一旦某个仿函数继承了binary_function，其用户便可以这样取得该仿函数的各种型别：

// 以下仿函数继承了binary_function
template <class T>
struct plus : public binary_function<T, T, T>
{
    T operator() (const T& x, const T& y) const { return x+y; };
};

// 以下配接器（adapter）用来将某个二元仿函数转化为一元仿函数
template <class Operation>
class binder1st
    ....
protected:
    Operation op;
    typename Operation::first_argument_type value;
public:
    // 注意，这里的返回值和参数，都需要加上typename，告诉编译器其为一个类型值
    typename Operation::result_type operator() (const typename Operation::second_argument_type& x) const { ... }
};

3. 算术类仿函数 参见相关源码；

4. 关系运算类仿函数 参见相关源码；

5. 逻辑运算类仿函数 参见相关源码；

6. 证同、选择、投射 参见相关源码；