C++模板技术探究仿函数、适配器、模板特化

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-12-01 11:42 180阅读 0赞

### 模板技术 ###

*  仿函数
 *   *  accumulate（累积和）
     *  inner\_product(内积）
     *  partial\_sum(前 N 项和）
 *  适配器
 *  模板特化（void\_t使用）

C++中算法无非是传入  
（1）迭代器  
（2）仿函数（适配器）

# 仿函数 #

仿函数主要时进行算法调用自定函数的用途。  
我们来实现仿函数的时候，尽可能包含下面这三个类型定义：  
因为他是和适配器之间结合的桥梁，当函数对象与适配器接口的时候，适配器需要询问这三个问题，如果不存在这三个类型定义，那么该仿函数会变得很不灵活，不能与适配器进行结合使用。

typedef _Ty first_argument_type;
    typedef _Ty second_argument_type;
    typedef bool result_type;

支持的算法有：

## accumulate（累积和） ##

template<typename _InputIterator, typename _Tp, typename _BinaryOperation>
        inline _Tp
        accumulate(_InputIterator __first, _InputIterator __last, _Tp __init,
    	       _BinaryOperation __binary_op)
        { 
          // concept requirements
          __glibcxx_function_requires(_InputIteratorConcept<_InputIterator>)
          __glibcxx_requires_valid_range(__first, __last);
    
          for (; __first != __last; ++__first)
    	__init = __binary_op(__init, *__first);
          return __init;
        }

## inner\_product(内积） ##

template<typename _InputIterator1, typename _InputIterator2, typename _Tp,
    	   typename _BinaryOperation1, typename _BinaryOperation2>
        inline _Tp
        inner_product(_InputIterator1 __first1, _InputIterator1 __last1,
    		  _InputIterator2 __first2, _Tp __init,
    		  _BinaryOperation1 __binary_op1,
    		  _BinaryOperation2 __binary_op2)
        { 
          // concept requirements
          __glibcxx_function_requires(_InputIteratorConcept<_InputIterator1>)
          __glibcxx_function_requires(_InputIteratorConcept<_InputIterator2>)
          __glibcxx_requires_valid_range(__first1, __last1);
    
          for (; __first1 != __last1; ++__first1, (void)++__first2)
    	__init = __binary_op1(__init, __binary_op2(*__first1, *__first2));
          return __init;
        }

## partial\_sum(前 N 项和） ##

template<typename _InputIterator, typename _OutputIterator,
    	   typename _BinaryOperation>
        _OutputIterator
        partial_sum(_InputIterator __first, _InputIterator __last,
    		_OutputIterator __result, _BinaryOperation __binary_op)
        { 
          typedef typename iterator_traits<_InputIterator>::value_type _ValueType;
    
          // concept requirements
          __glibcxx_function_requires(_InputIteratorConcept<_InputIterator>)
          __glibcxx_function_requires(_OutputIteratorConcept<_OutputIterator,
    				                         _ValueType>)
          __glibcxx_requires_valid_range(__first, __last);
    
          if (__first == __last)
    	return __result;
          _ValueType __value = *__first;
          *__result = __value;
          while (++__first != __last)
    	{ 
    	  __value = __binary_op(__value, *__first);
    	  *++__result = __value;
    	}
          return ++__result;
        }

这里只是列举例子说明仿函数，更多的算法可以参照C++源码。

# 适配器 #

适配器是算法和仿函数之间的桥梁，它本身也是一种仿函数，只不过可以灵活的通过适配器来更改仿函数形成新的函数效果。下面举两个例子：  
这个例子是将二元仿函数的第一个参数绑定成固定的值，可以用来判断是否大于某个值或者是否等于某个值。  
继承了unary\_function，该类主要是进行了类型的重定义，即记录一元函数的参数类型和返回值类型，二元函数进行绑定之后，就变成了一元参数，只能传入一个参数了，因此记录该类型，并进行固定第二个参数值的记录。调用时第一个参数传入仿函数对象

count_if (arr3, arr3 + size, bind2nd(less<int>(), 11))

template<class _Arg,
    	class _Result>
    	struct unary_function
    	{ 	// base class for unary functions
    	typedef _Arg argument_type;
    	typedef _Result result_type;
    	};

template<class _Fn>
    	class binder1st
    		: public unary_function<typename _Fn::second_argument_type,
    			typename _Fn::result_type>
    	{ 	// functor adapter _Func(stored, right)
    public:
    	typedef unary_function<typename _Fn::second_argument_type,
    		typename _Fn::result_type> _Base;
    	typedef typename _Base::argument_type argument_type;
    	typedef typename _Base::result_type result_type;
    
    	binder1st(const _Fn& _Func,
    		const typename _Fn::first_argument_type& _Left)
    		: op(_Func), value(_Left)
    		{ 	// construct from functor and left operand
    		}
    
    	result_type operator()(const argument_type& _Right) const
    		{ 	// apply functor to operands
    		return (op(value, _Right));
    		}
    
    	result_type operator()(argument_type& _Right) const
    		{ 	// apply functor to operands
    		return (op(value, _Right));
    		}
    
    protected:
    	_Fn op;	// the functor to apply
    	typename _Fn::first_argument_type value;	// the left operand
    	};

# 模板特化（void\_t使用） #

先来看看void\_t的定义。

template<class... _Types>
        using void_ttt = void;

下面是模板库中使用void\_t的例子，其实是模板特化的使用。  
如果某个迭代器能够回答出下面这几个东西，编译器就会调用第二个结构体，如果回答不上来，编译器就会调用上面那个结构体。void\_ttt本身与void没有什么不同，只不过通过变参模板机制来更好的实现模板特化。那么它还有什么用呢？用来写一个静态断言是很简单的事情啦！！在后面

> typename \_Iter::iterator\_category,  
> typename \_Iter::value\_type,  
> typename \_Iter::difference\_type,  
> typename \_Iter::pointer,  
> typename \_Iter::reference

template<class,
        class = void>
        struct _Iterator_traits_base1
        { 	// empty for non-iterators
            void display()
            { 
                cout<<"我是不带的"<<endl;
            }
        };
    
    template<class _Iter>
        struct _Iterator_traits_base1<_Iter, void_ttt<
                typename _Iter::iterator_category,
                typename _Iter::value_type,
                typename _Iter::difference_type,
                typename _Iter::pointer,
                typename _Iter::reference
                >>
        { 	// defined if _Iter::* types exist
        using iterator_category = typename _Iter::iterator_category;
        using value_type = typename _Iter::value_type;
        using difference_type = typename _Iter::difference_type;
    
        using pointer = typename _Iter::pointer;
        using reference = typename _Iter::reference;
            void display()
            { 
                cout<<"我是带的"<<endl;
            }
        };

下面我们来看用void\_t结合模板特化来实现静态断言的机制

template <typename T, typename = void>
    struct RangeConcept : std::false_type { };
    
    template <typename T>
    struct RangeConcept<T,
                           std::void_t<
                                       decltype(  std::declval<T >().begin() ),
                                       decltype(  std::declval<T >().end() )
                                      >
                          >
        : std::true_type { };
    
    template<typename Cont>
    void show( Cont c){ 
        static_assert( RangeConcept< Cont >::value, "must be a range. means.. it has begin() and end()" );
    }int main() {     int a = 10; std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5}; show(vec);
                _Iterator_traits_base1<int> it;
                             it.display();
      }

这个文件使用来实现静态断言的，也就是如果某个对象它存在  
begin和end的成员函数，那么断言就会通过，如果不存在这两个函数，断言就不会通过。