function类模版
function
是一个模版。与我们使用的其他模版一样,当我们创建一个function
类型时我们必须指定额外的信息。在这种情况下,该信息是该特定function
类型可以表示的对象的调用签名。与其他模板一样,我们在尖括号内指定类型:
Code:
function<int(int, int)>
这里我们声明了一个function
类型,它可以表示返回int
结果并具有两个int
参数的可调用对象。我们可以使用该类型来表示任何桌面计算器类型:
Code:
function<int(int, int)> f1 = add; // function pointer
function<int(int, int)> f2 = div(); // object of a function-object class
function<int(int, int)> f3 = [](int i, int j) // lambda
{ return i * j; };
cout << f1(4,2) << endl; // prints 6
cout << f2(4,2) << endl; // prints 2
cout << f3(4,2) << endl; // prints 8
我们可以很容易地使用function
类模版和map
容器建立一个函数表(function table:容器,通常是map
或vector
,包含可以调用的值,如函数。):
Code:
// table of callable objects corresponding to each binary operator
// all the callables must take two ints and return an int
// an element can be a function pointer, function object, or lambda
map<string, function<int(int, int)>> binops;
我们可以将每个可调用对象(无论是函数指针,lambda还是函数对象)添加到此map
:
Code:
map<string, function<int(int, int)>> binops = {
{"+", add}, // function pointer
{"-", std::minus<int>()}, // library function object
{"/", div()}, // user-defined function object
{"*", [](int i, int j) { return i * j; }}, // unnamed lambda
{"%", mod} }; // named lambda object
我们的map
有五个元素。尽管底层可调用对象的类型彼此不同,但是我们可以将这些不同的类型存储在相同的function<int(int, int)>
类型中。
像往常一样,当我们索引map
时,我们得到对相关值的引用。当我们索引binops
时,我们得到一个类型为function
的对象的引用。函数类型会重载调用操作符。该调用运算符获取自己的参数并将它们传递给其存储的可调用对象:
Code:
binops["+"](10, 5); // calls add(10, 5)
binops["-"](10, 5); // uses the call operator of the minus<int> object
binops["/"](10, 5); // uses the call operator of the div object
binops["*"](10, 5); // calls the lambda function object
binops["%"](10, 5); // calls the lambda function object
这里我们调用存储在binops
中的每个操作。在第一次调用中,我们返回的元素包含一个指向我们的add
函数的函数指针。调用binops["+"](10, 5)
实际上是使用该指针调用add
,并将10和5传递给它。在下一个调用中binops["-"]
,将返回一个存储类型为std::minus<int>
的函数。我们称之为对象的调用操作符,依此类推。
我们不能(直接)将重载函数的名称存储在function
类型的对象中:
Code:
int add(int i, int j) { return i + j; }
Sales_data add(const Sales_data&, const Sales_data&);
map<string, function<int(int, int)>> binops;
binops.insert( {"+", add} ); // error: which add?
解决歧义的一种方法是存储函数指针而不是函数的名称:
Code:
int (*fp)(int,int) = add; // pointer to the version of add that takes two ints
binops.insert( {"+", fp} ); // ok: fp points to the right version of add
或者,我们可以使用lambda消除歧义:
Code:
// ok: use a lambda to disambiguate which version of add we want to use
binops.insert( {"+", [](int a, int b) {return add(a, b);} } );
lambda主体内部的调用传递两个int
。该调用只能与接受两个int
的add
版本匹配,因此这是在执行lambda时调用的函数。
新库中的function
类与名为unary_function
和binary_function
的类无关,这些类是早期版本的库的一部分。这些类已被更通用的bind
函数弃用。
关于function
类模板的更多信息可参考std::function。
explicit转换运算符
在实践中,类很少提供转换运算符。实际上编译器为我们提供的自动转换很容易产生意想不到的结果。而在实际工作中,类定义到bool
的转换并不少见。
在早期版本中,想要定义到bool
的转换的类面临一个问题:因为bool
是算术类型,所以转换为bool
的类类型对象可以在任何需要算术类型的上下文中使用。这种转换可能以令人惊讶的方式发生。特别是,如果istream
有一个到bool
类型的转换,则以下代码将成功编译:
Code:
int i = 42;
cin << i; // this code would be legal if the conversion to bool were not explicit!
该程序尝试在输入流上使用输出运算符。没有<<
为istream
定义,因此该代码几乎可以肯定是错误的。但是,此代码可以使用bool
转换运算符将cin
转换为bool
。然后,生成的bool
值将提升为int
,并用作内置版本的左移运算符的左侧操作数。提升的bool
值(1或0)将向左移位42个位置。
为防止此类问题,新标准引入了explicit
转换运算符:
Code:
class SmallInt {
public:
// the compiler won't automatically apply this conversion
explicit operator int() const { return val; }
// other members as before
};
与explicit
构造函数一样,编译器不会使用explicit
转换运算符进行隐式转换:
Code:
SmallInt si = 3; // ok: the SmallInt constructor is not explicit
si + 3; // error: implicit is conversion required, but operator int is explicit
static_cast<int>(si) + 3; // ok: explicitly request the conversion
如果转换运算符是explicit
的,我们仍然可以进行转换。但是,我们必须通过一个强制转换来显式地这样做。
例外情况是编译器将对用作条件的表达式应用显式转换。也就是说,将隐式使用显式转换来转换用作:
-
if
,while
或do
语句的条件。 -
for
语句头中的条件表达式。 - 逻辑NOT(
!
),OR(||
)或AND(&&
)运算符的操作数。 - 条件(
?:
)运算符中的条件表达式
在早期版本的库中,IO类型定义了转换为void *
。他们这样做是为了避免上述各种问题。在新标准下,IO库定义了对bool
的explicit
转换。
每当我们在条件中使用流对象时,我们使用为IO类型定义的运算符bool
。 例如:
Code:
while (std::cin >> value)
while
中的条件执行输入操作符,该操作符读入值并返回cin
。为了评估条件,cin
由istream operator bool
转换函数隐式转换。如果cin
的条件状态为good
,则该函数返回true
,否则返回false
。
注:转换为bool
通常用于条件。因此,operator bool
通常应该被定义为explicit
。
参考文献
[1] Lippman S B , Josée Lajoie, Moo B E . C++ Primer (5th Edition)[J]. 2013.