C++/functional

functional是b:C++標準程式庫中的一個b:頭文件，定義了C++ STL標準中的基礎性的算法（均為函數模板）。

命名空間placeholders

定義了用作 std::bind 表達式中的未綁定實參的佔位符常量：_1, _2, _3, _4, ...

類

function類模板

包裝具有指定的函數調用簽名的可調用對象類型

mem_fn函數模板

從成員指針創建出函數對象。對數據成員指針也適用。與bind函數模板的區別是，mem_fn只關注、包裝了類成員指針，而bind需要指明參數。例如：

#include <functional>
#include <iostream>
 
struct Foo {
    void display_greeting() {
        std::cout << "Hello, world.\n";
    }
    void display_number(int i) {
        std::cout << "number: " << i << '\n';
    }
    int data = 7;
};
 
int main() {
    Foo f;
 
    auto greet = std::mem_fn(&Foo::display_greeting);
    greet(&f);
 
    auto print_num = std::mem_fn(&Foo::display_number);
    print_num(&f, 42);
 
    auto access_data = std::mem_fn(&Foo::data);
    std::cout << "data: " << access_data(&f) << '\n';
}

bad_function_call類

調用空的 std::function 時拋出的異常

is_bind_expression類模板

若類型T是調用 std::bind 產生的類型，則此模板從 std::true_type 導出。對於任何其他類型，此模板從 std::false_type 導出。

is_placeholder類模板

若類型T是標準佔位符_1 、 _2 、 _3、……的類型，則此模板分別派生自std::integral_constant<int,1> 、 std::integral_constant<int,2> 、 std::integral_constant<int,3> 等。

若類型T不是標準佔位符類型，則此模板派生自std::integral_constant<int,0>。

實際上，bind函數模板用is_placeholder來確定是第幾個參數的佔位符。

reference_wrapper類模板

可複製構造 (CopyConstructible) 且可複製賦值 (CopyAssignable) 的引用包裝器（引用的容器）。實現時，有一個數據類型的指針成員變量，在需要數據類型引用時返回相應的解引用。

hash類模板

template< class Key > struct hash;

允許的特化模板類是「函數對象」，實現了哈希函數。即定義了operator() const，接受一個Key類型的參數，返回size_t的哈希結果值。對於一個類型，相同值具有相同的哈希結果，不同值具有不同的哈希結果（受限於size_t的值域）。該類別用於4種無序關聯容器，不適用於加密算法。

各種基礎類型、大多數標準庫的類型（如std::string<、code>）已经特化实现了hash类模板。但对于std::pair，需要用boost::hash

對自定義的類實現hash功能，有兩種辦法：

#include <cstddef>
#include <functional>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_set>
 
struct S
{
    std::string first_name;
    std::string last_name;
    bool operator==(const S&) const = default; // since C++20
};
 
// Before C++20.
// bool operator==(const S& lhs, const S& rhs)
// {
//     return lhs.first_name == rhs.first_name && lhs.last_name == rhs.last_name;
// }
 
// Custom hash can be a standalone function object.
struct MyHash
{
    std::size_t operator()(const S& s) const noexcept
    {
        std::size_t h1 = std::hash<std::string>{}(s.first_name);
        std::size_t h2 = std::hash<std::string>{}(s.last_name);
        return h1 ^ (h2 << 1); // or use boost::hash_combine
    }
};
 
// Custom specialization of std::hash can be injected in namespace std.
template<>
struct std::hash<S>
{
    std::size_t operator()(const S& s) const noexcept
    {
        std::size_t h1 = std::hash<std::string>{}(s.first_name);
        std::size_t h2 = std::hash<std::string>{}(s.last_name);
        return h1 ^ (h2 << 1); 
        // or use boost::hash_combine:
        // std::size_t seed = 0;
        // boost::hash_combine(seed, s.first_name);
        // boost::hash_combine(seed, s.last_name);
    }
};

//推荐用法
	template <class T> class A {
		T x;
	public:
		A(T x) : x(x) {}
		bool operator==(A const& b) { return x == b.x; }            //可定义为成员或普通函数
		//std::size_t hash_value() { return boost::hash<T>()(x); }  //error不能定义为类成员函数
		friend std::size_t hash_value(const A<T>& a) { return boost::hash<T>{}(a.x); }
	};

//备选用法-编译器若不支持模板friend(不支持 ADL 的编译器)
	// （不能声明为friend hash_value)hash_value需要在boost命名空间中定义
	template <class T> class A1 {
		T x;
	public:
		A1(T x) : x(x) {}
		bool operator==(A1 const& b) { return x == b.x; }//可定义为成员或普通函数
		std::size_t hash() const {return boost::hash<T>{}(x); }
	};

template <class T>std::size_t hash_value(A1<T> x){return x.hash();}
 
int main()
{
    std::string str = "Meet the new boss...";
    std::size_t str_hash = std::hash<std::string>{}(str);
    std::cout << "hash(" << std::quoted(str) << ") =\t" << str_hash << '\n';
 
    S obj = {"Hubert", "Farnsworth"};
    // Using the standalone function object.
    std::cout << "hash(" << std::quoted(obj.first_name) << ", "
              << std::quoted(obj.last_name) << ") =\t"
              << MyHash{}(obj) << " (using MyHash) or\n\t\t\t\t"
              << std::hash<S>{}(obj) << " (using injected specialization)\n";
 
    // Custom hash makes it possible to use custom types in unordered containers.
    // The example will use the injected std::hash<S> specialization above,
    // to use MyHash instead, pass it as a second template argument.
    std::unordered_set<S> names = {obj, {"Bender", "Rodriguez"}, {"Turanga", "Leela"}};
    for (auto const& s: names)
        std::cout << std::quoted(s.first_name) << ' '
                  << std::quoted(s.last_name) << '\n';
}

函數

bind函數模板

綁定一或多個實參到函數對象。參見示例一節。

ref與cref函數模板

創建具有從其實參推導的類型的 std::reference_wrapper

invoke函數模板

(C++17)以給定實參調用任意可調用 (Callable) 對象

函數對象

算術運算

• plus類模板
• minus類模板
• multiplies類模板
• divides類模板
• modulus類模板
• negate類模板

比較

• equal_to類模板
• not_equal_to類模板
• greater類模板
• less類模板
• greater_equal類模板
• less_equal類模板

C++20概念制約的比較

• ranges::equal_to類
• ranges::not_equal_to類
• ranges::greater類
• ranges::less類
• ranges::greater_equal類
• ranges::less_equal類

邏輯運算

• logical_and類模板
• logical_or類模板
• logical_not類模板

位運算

• bit_and類模板
• bit_or類模板
• bit_xor類模板
• bit_not類模板

取反器

not_fn函數模板：(C++17)創建返回其保有的函數對象的結果之補的函數對象

搜索器

• default_searcher類模板：(C++17)標準 C++ 庫搜索算法實現
• boyer_moore_searcher類模板：(C++17)Boyer-Moore 搜索算法實現
• boyer_moore_horspool_searcher類模板：(C++17)Boyer-Moore-Horspool 搜索算法實現

示例

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

std::function< int(int)> Functional;

// 普通函数
int TestFunc(int a)
{
	return a;
}

// Lambda表达式
auto lambda = [](int a)->int { return a; };

// 仿函数(functor)
class Functor
{
public:
	int operator()(int a)
	{
		return a;
	}
};

// 1.类成员函数
// 2.类静态函数
class TestClass
{
public:
	int ClassMember(int a) { return a; }
	static int StaticMember(int a) { return a; }
};

int main()
{
	// 普通函数
	Functional = TestFunc;
	int result = Functional(10);
	cout << "普通函数：" << result << endl;

	// Lambda表达式
	Functional = lambda;
	result = Functional(20);
	cout << "Lambda表达式：" << result << endl;

	// 仿函数
	Functor testFunctor;
	Functional = testFunctor;
	result = Functional(30);
	cout << "仿函数：" << result << endl;

	// 类成员函数
	TestClass testObj;
	Functional = std::bind(&TestClass::ClassMember, testObj, std::placeholders::_1);
	result = Functional(40);
	cout << "类成员函数：" << result << endl;

	// 类静态函数
	Functional = TestClass::StaticMember;
	result = Functional(50);
	cout << "类静态函数：" << result << endl;

	return 0;
}