[C++] C++ 11的functional模块介绍和使用案例

functional模块介绍

functional模块是C++ 11提供了一组函数对象和算法，用于增强C++的函数式编程能力。该模块中的函数对象和算法可以大大简化代码，并提供了一些有用的工具，例如函数适配器和函数对象的组合。

functional模块中的函数对象包括：

1. plus：加法函数对象，用于将两个参数相加。
2. minus：减法函数对象，用于将第一个参数减去第二个参数。
3. multiplies：乘法函数对象，用于将两个参数相乘。
4. divides：除法函数对象，用于将第一个参数除以第二个参数。
5. modulus：取模函数对象，用于返回第一个参数除以第二个参数的余数。
6. negate：取反函数对象，将参数取反。

functional模块中的算法包括：

1. bind：将一个函数对象和一些参数绑定在一起，生成一个新的函数对象。
2. mem_fn：将一个成员函数包装成函数对象。
3. not1：对一个函数对象进行逻辑非运算。
4. ref：将一个对象包装成一个引用包装器。
5. cref：将一个对象包装成一个const引用包装器。

使用案例

案例一

#include <iostream>
#include <functional>int main() {std::plus<int> plusFunc;int result = plusFunc(1, 2);  // 将1和2相加，返回3std::cout << result << std::endl;return 0;
}

在上面的例子中，我们创建了一个std::plus<int>的实例plusFunc，该实例可以用于将两个整数相加。然后，我们调用plusFunc函数对象，传入参数1和2，并将返回的结果赋值给result变量。最后，我们将结果输出到控制台，得到的输出结果是3。

使用std::plus函数对象的好处是，它可以与其他函数对象和算法结合使用，例如使用std::transform算法对一个容器中的元素进行相加操作：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {std::vector<int> nums {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> result(nums.size());std::transform(nums.begin(), nums.end(), nums.begin(), std::negate<int>());std::transform(nums.begin(), nums.end(), result.begin(), std::bind(std::plus<int>(), std::placeholders::_1, 2));for (int num : result) {std::cout << num << " ";}return 0;
}

在上面的例子中，我们首先使用std::transform算法和std::negate函数对象对nums容器中的元素进行取反操作。然后，使用std::transform算法和std::bind函数将nums中的每个元素与2相加，并将结果存储在result容器中。最后，我们遍历result容器并输出每个元素的值。输出结果为-1 0 1 2 3，表示nums中的每个元素都加上了2。

这个例子展示了std::plus函数对象的灵活性，它可以与其他函数对象和算法结合使用，简化了代码，并提供了更好的可读性和可维护性。

案例二

#include <iostream>
#include <functional>int add(int a, int b) {return a + b;
}int subtract(int a, int b) {return a - b;
}int main() {std::function<int(int, int)> func1 = add;std::function<int(int, int)> func2 = std::bind(subtract, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1);int result1 = func1(1, 2);  // 调用add函数，返回3int result2 = func2(2, 1);  // 调用subtract函数，返回1std::cout << result1 << std::endl;std::cout << result2 << std::endl;return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了两个函数add和subtract，并使用std::function将它们包装成函数对象func1和func2。然后，我们可以像调用普通函数一样使用这些函数对象，通过调用func1和func2来执行对应的函数。输出结果分别为3和1。

在这个例子中，我们使用了bind函数将subtract函数的两个参数绑定在一起，然后通过调整参数的顺序来实现减法运算。这是functional模块中的一个常见用法，可以用来生成新的函数对象。

案例三

#include <iostream>
#include <functional>class MyClass {
public:void printMessage(const std::string& message) {std::cout << message << std::endl;}
};int main() {MyClass obj;auto printFunc = std::mem_fn(&MyClass::printMessage);printFunc(obj, "Hello, world!");  // 调用obj对象的printMessage函数，并传入参数"Hello, world!"return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为MyClass的类，该类具有一个成员函数printMessage，用于输出一条消息。然后，我们创建了一个MyClass类型的对象obj，并使用std::mem_fn将printMessage函数转化为一个函数对象printFunc。最后，我们调用printFunc函数对象，传入obj对象和字符串参数"Hello, world!"，从而调用了obj对象的printMessage函数并输出了消息。

使用std::mem_fn函数对象的好处是，它允许我们以通用的方式处理成员函数指针和成员函数对象，可以与其他函数对象和算法结合使用。例如，我们可以通过std::transform算法将一个容器中的每个元素调用成员函数并获取结果：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>class MyClass {
public:int multiply(int x, int y) {return x * y;}
};int main() {std::vector<int> nums {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> result(nums.size());MyClass obj;auto multiplyFunc = std::mem_fn(&MyClass::multiply);std::transform(nums.begin(), nums.end(), result.begin(), std::bind(multiplyFunc, &obj, std::placeholders::_1, 2));for (int num : result) {std::cout << num << " ";}return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为MyClass的类，该类具有一个成员函数multiply，用于计算两个整数的乘积。然后，我们创建了一个MyClass类型的对象obj，并使用std::mem_fn将multiply函数转化为一个函数对象multiplyFunc。最后，我们使用std::transform算法和std::bind函数将nums容器中的每个元素和数字2传入multiplyFunc函数对象中进行计算，并将结果存储在result容器中。最后，我们遍历result容器并输出每个元素的值。输出结果为2 4 6 8 10，表示nums中的每个元素都乘以了2。

这个例子展示了std::mem_fn函数对象的灵活性，它允许我们处理成员函数指针和成员函数对象，并与其他函数对象和算法结合使用，简化了代码，并提供了更好的可读性和可维护性。

案例四

#include <iostream>
#include <functional>void updateValue(int& value) {value += 10;
}int main() {int num = 5;std::cout << "Before update: " << num << std::endl;std::function<void()> updateFunc = std::bind(updateValue, std::ref(num));updateFunc();std::cout << "After update: " << num << std::endl;return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为updateValue的函数，该函数接受一个引用参数，并将其值增加10。然后，我们创建了一个名为num的整数变量，初始值为5。接下来，我们使用std::ref函数模板将num对象转化为一个引用包装器，并通过std::bind函数将updateValue函数与引用包装器绑定到一起，创建一个函数对象updateFunc。最后，我们调用updateFunc函数对象，从而实际调用了updateValue函数，并传递了num对象的引用作为参数。输出结果为：

Before update: 5
After update: 15

可以看到，通过使用std::ref函数模板，我们可以在函数调用中传递对象的引用，从而实现对对象的修改。

案例五

#include <iostream>
#include <functional>void printValue(const int& value) {std::cout << "Value: " << value << std::endl;
}int main() {int num = 10;std::function<void()> printFunc = std::bind(printValue, std::cref(num));printFunc();return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为printValue的函数，该函数接受一个常量引用参数，并打印该值。然后，我们创建了一个名为num的整数变量，初始值为10。接下来，我们使用std::cref函数模板将num对象转化为一个常量引用包装器，并通过std::bind函数将printValue函数与常量引用包装器绑定到一起，创建一个函数对象printFunc。最后，我们调用printFunc函数对象，从而实际调用了printValue函数，并传递了num对象的常量引用作为参数。输出结果为：

Value: 10

可以看到，通过使用std::cref函数模板，我们可以在函数调用中传递对象的常量引用，从而实现对对象的只读访问。

案例六

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>bool isOdd(int num) {return num % 2 != 0;
}int main() {std::vector<int> nums {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> evenNums;std::copy_if(nums.begin(), nums.end(), std::back_inserter(evenNums), std::not1(std::ptr_fun(isOdd)));for (int num : evenNums) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了一个名为isOdd的谓词函数，该函数接受一个整数参数，并判断该整数是否为奇数。然后，我们创建了一个整数类型的vector容器nums，并使用std::copy_if算法和std::not1函数模板将nums容器中的所有偶数元素复制到另一个vector容器evenNums中。在调用std::copy_if算法时，我们使用std::not1函数模板将isOdd谓词函数进行否定操作，从而实现对偶数元素的筛选。最后，我们遍历evenNums容器并输出其中的所有元素。输出结果为：

2 4

这个例子展示了std::not1函数模板的用途，可以对谓词函数进行否定操作，从而实现相反的逻辑判断。在实际开发中，std::not1函数模板可以用于各种需要对谓词函数进行逻辑反操作的场景，例如在STL算法中对元素进行筛选、排序或处理等操作。