12.3. Объекты-функции

12.3. Объекты-функции

Наша функция min() дает хороший пример как возможностей, так и ограничений механизма шаблонов:

template typename Type

const Type&

min( const Type *p, int size )

{

Type minval = p[ 0 ];

for ( int ix = 1; ix size; ++ix )

if ( p[ ix ] minval )

minval = p[ ix ];

return minval;

}

Достоинство этого механизма – возможность определить единственный шаблон min(), который конкретизируется для бесконечного множества типов. Ограничение же заключается в том, что даже при такой конкретизации min() будет работать не со всеми.

Это ограничение вызвано использованием оператора "меньше": в некоторых случаях базовый тип его не поддерживает. Так, класс изображения Image может и не предоставлять реализации такого оператора, но мы об этом не знаем и пытаемся найти минимальный кадр анимации в данном массиве изображений. Однако попытка конкретизировать min() для такого массива приведет к ошибке компиляции:

error: invalid types applied to the

Возможна и другая ситуация: оператор "меньше" существует, но имеет неподходящую

семантику. Например, если мы хотим найти наименьшую строку, но при этом принимать во

внимание только буквы, не учитывая регистр, то такой реализованный в классе оператор

не даст нужного результата.

Традиционное решение состоит в том, чтобы параметризовать оператор сравнения. В данном

случае это можно сделать, объявив указатель на функцию, принимающую два аргумента и

возвращающую значение типа bool:

template typename Type,

bool (*Comp)(const Type&, const Type&)&

const Type&

min( const Type *p, int size, Comp comp )

{

Type minval = p[ 0 ];

for ( int ix = 1; ix size; ++ix )

if ( Comp( p[ ix ] minval ))

minval = p[ ix ];

return minval;

}

Такое решение вместе с нашей первой реализацией на основе встроенного оператора "меньше" обеспечивает универсальную поддержку для любого типа, включая и класс Image, если только мы придумаем подходящую семантику для сравнения двух изображений. Основной недостаток указателя на функцию связан с низкой эффективностью, так как косвенный вызов не дает воспользоваться преимуществами встроенных функций.

Альтернативная стратегия параметризации заключается в применении объекта-функции вместо указателя (примеры мы видели в предыдущем разделе). Объект-функция – это класс, перегружающий оператор вызова (operator()). Такой оператор инкапсулирует семантику обычного вызова функции. Объект-функция, как правило, передается обобщенному алгоритму в качестве аргумента, хотя можно определять и независимые объекты-функции. Например, если бы был определен объект-функция AddImages, который принимает два изображения, объединяет их некоторым образом и возвращает новое изображение, то мы могли бы объявить его следующим образом:

AddImages AI;

Чтобы объект-функция удовлетворял нашим требованиям, мы применяем оператор вызова, предоставляя необходимые операнды в виде объектов класса Image:

Image im1("foreground.tiff"), im2("background.tiff");

// ...

// вызывает Image AddImages::operator()(const Image1&, const Image2&);

Image new_image = AI (im1, im2 );

У объекта-функции есть два преимущества по сравнению с указателем на функцию. Во-первых, если перегруженный оператор вызова – это встроенная функция, то компилятор может выполнить ее подстановку, обеспечивая значительный выигрыш в производительности. Во-вторых, объект-функция способен содержать произвольное количество дополнительных данных, например кэш или информацию, полезную для выполнения текущей операции.

Ниже приведена измененная реализация шаблона min() (отметим, что это объявление допускает также и передачу указателя на функцию, но без проверки прототипа):

template typename Type,

typename Comp

const Type&

min( const Type *p, int size, Comp comp )

{

Type minval = p[ 0 ];

for ( int ix = 1; ix size; ++ix )

if ( Comp( p[ ix ] minval ))

minval = p[ ix ];

return minval;

}

Как правило, обобщенные алгоритмы поддерживают обе формы применения операции: как использование встроенного (или перегруженного) оператора, так и применение указателя на функцию либо объекта-функции.

Есть три источника появления объектов-функций:

из набора предопределенных арифметических, сравнительных и логических объектов-функций стандартной библиотеки; из набора предопределенных адаптеров функций, позволяющих специализировать или расширять предопределенные (или любые другие) объекты-функции; определенные нами собственные объекты-функции для передачи обобщенным алгоритмам. К ним можно применять и адаптеры функций. В этом разделе мы рассмотрим все три источника объектов-функций.

12.3.1. Предопределенные объекты-функции

Предопределенные объекты-функции подразделяются на арифметические, логические и сравнительные. Каждый объект – это шаблон класса, параметризованный типами операндов. Для использования любого из них необходимо включить заголовочный файл:

#include functional

Например, объект-функция, поддерживающий сложение, – это шаблон класса с именем plus. Для определения экземпляра, способного складывать два целых числа, нужно

#include functional

написать:

plus int intAdd;

Для выполнения операции сложения мы применяем перегруженный оператор вызова к intAdd точно так же, как и к классу AddImage в предыдущем разделе:

int ival1 = 10, ival2 = 20;

// эквивалентно int sum = ival1 + ival2;

int sum = intAdd( ival1, ival2 );

Реализация шаблона класса plus вызывает оператор сложения, ассоциированный с типом своего параметра – int. Этот и другие предопределенные объекты-функции применяются прежде всего в качестве аргументов обобщенных алгоритмов и обычно замещают подразумеваемую по умолчанию операцию. Например, по умолчанию алгоритм sort() располагает элементы контейнера в порядке возрастания с помощью оператора "меньше" базового типа. Для сортировки по убыванию мы передаем

vector string svec;

// ...

предопределенный шаблон класса greater, который вызывает оператор "больше":

sort( svec.begin(), svec.end(), greaterstring() );

Предопределенные объекты-функции перечислены в следующих разделах и разбиты на категории: арифметические, логические и сравнительные. Применение каждого из них иллюстрируется как в качестве именованного, так и в качестве безымянного объекта, передаваемого функции. Мы пользуемся следующими определениями объектов, включая и определение простого класса (перегрузка операторов подробно рассматривается в главе

class Int {

public:

Int( int ival = 0 ) : _val( ival ) {}

int operator-() { return -_val; }

int operator%(int ival) { return -_val % ival; }

bool operator(int ival) { return -_val ival; }

bool operator!() { return -_val == 0; }

private:

int _val;

};

vector string svec;

string sval1, sval2, sres;

complex cval1, cval2, cres;

int ival1, ival2, ires;

Int Ival1, Ival2, Ires;

15):

double dval1, dval2, dres;

Кроме того, мы определяем два шаблона функций, которым передаем различные безымянные объекты-функции:

template class FuncObject, class Type

Type UnaryFunc( FuncObject fob, const Type &val )

{ return fob( val ); }

template class FuncObject, class Type

Type BinaryFunc( FuncObject fob,

const Type &val1, const Type &val2 )

{ return fob( val1, val2 ); }