原文地址:http://blog.csdn.net/hionceshine/archive/2008/11/19/3336318.aspx
Abstract
之前在(原創) 如何使用for_each() algorithm? (C/C++) (STL) 曾經討論過for_each(),不過當時功力尚淺,只談到了皮毛而已,這次看了effective STL的item 41、43後,對for_each()又有了更深入的了解,因此做了本篇心得報告。
Motivation
看到了eXile的C++中实现 foreach使用了巨集對foreach做改善,也看到了很多人對STL style的for_each()做討論,使我想對STL的for_each()再做了一次研究。
Introduction
學習過STL的container後,想要存取每一個iterator,你一定寫過以下的程式
#include <vector>
#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
  int ia[] = {1, 2, 3};
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
  
  for(vector<int>::const_iterator iter = ivec.begin(); iter != ivec.end(); ++iter) {
    cout << *iter << endl;
  }
} 
執行結果
當時我覺得STL什麼都好,就是以下這一串又臭又長
for(vector<int>::const_iterator iter = ivec.begin(); iter != ivec.end(); ++iter) {

 
若不常寫,一時還會寫不出來,其實若配合container,C++其實不應該這樣寫迴圈,正確的方式該使用for_each(),語法會變的相當簡單。
for_each()事實上是個function template,其實做如下[effective STL item 41]
template<typename InputIterator, typename Function>
Function for_each(InputIterator beg, InputIterator end, Function f) {
  while(beg != end) 
    f(*beg++);
}

 
由以上source可知,for_each()只能配合global function和function object。
以下我們將對procedure based、object oriented、generics三種paradigm與for_each()搭配做探討。
Procedure Based與for_each()搭配
1.不傳入參數
 1
/* 
 2
(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
Filename    : GenericAlgo_for_each_GlobalFunction.cpp
 4
Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with global function
 6
Release     : 05/11/2007 1.0
 7
*/
 8
#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
13
using namespace std;
14
15
void printElem(int& elem) {
16
  cout << elem << endl;
17
}
18
19
int main() {
20
  int ia[] = {1, 2, 3};
21
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
22
  
23
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem);
24
} 
執行結果
23行
for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem); 
只需將vector::begin(),vector::end()和global function name傳給for_each()即可,再也不用for迴圈那種複雜的語法了。 
2.傳入參數
若要傳參數給global function,就不能再只傳global function name而已,必須透過ptr_fun()這個function adapter將global function轉成function object,然後再用bind2nd()將參數bind成一個function object。
 1
/* 
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 3
Filename    : GenericAlgo_for_each_GlobalFunctionWithParameter.cpp
 4
Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with global function with Parameter
 6
Release     : 05/11/2007 1.0
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*/
 8
#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
#include <functional>
13
14
using namespace std;
15
16
void printElem(int elem, const char* prefix) {
17
  cout << prefix << elem << endl;
18
}
19
20
int main() {
21
  int ia[] = {1, 2, 3};
22
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
23
  
24
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), bind2nd(ptr_fun(printElem), "Element:"));
25
} 
執行結果
Element:1
Element:2
Element:3 
Object Oriented與for_each()搭配
1.不傳入參數
使用function object
 1
/* 
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Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionObject.cpp
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Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with function object
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Release     : 05/11/2007 1.0
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*/
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#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
13
using namespace std;
14
15
struct printElem {
16
  void operator() (int elem) {
17
    cout << elem << endl;
18
  } 
19
};
20
21
int main() {
22
  int ia[] = {1, 2, 3};
23
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
24
  
25
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem());
26
} 
執行結果
2.傳入參數
若使用function object,也可以將參數傳給printElem(),透過constructor的技巧接收參數。
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/* 
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Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionObjectWithParameter.cpp
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Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
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Description : Demo how to use for_each with function object with parameter
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Release     : 05/11/2007 1.0
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*/
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#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
13
using namespace std;
14
15
struct printElem {
16
  const char* _prefix;
17
18
  printElem(const char* prefix) : _prefix(prefix) {}
19
  
20
  void operator() (int elem) {
21
    cout << _prefix << elem << endl;
22
  } 
23
};
24
25
int main() {
26
  int ia[] = {1, 2, 3};
27
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
28
  
29
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem("Element:"));
30
} 
執行結果 
Element:1
Element:2
Element:3 
function object有很多種寫法,但只要是function object都可以跟for_each()合作。
3.member_function與for_each()搭配
3.1 不傳入參數
本文的重點來了,在物件導向世界裡,最常用的就是for_each()配合member function,這該怎麼寫呢?直覺會這樣子寫
for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(),&Door::open); 
由於global function name本身就是一個pointer,所以想藉由&Door::open傳進一個address,但這樣compile並不會過,正確解法是
for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun_ref(&Door::open)); 
透過mem_fun_ref()這個function adapter將member function轉成function object。

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/* 
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Filename    : GenericAlgo_for_each_MemberFunctionObject.cpp
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Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
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Description : Demo how to use for_each with member function with object
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Release     : 05/11/2007 1.0
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*/
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#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
#include <functional>
13
14
using namespace std;
15
16
class Door {
17
public:
18
  void open() const {
19
    cout << "open door horizontally" << endl;
20
  }
21
  
22
  void close() const {
23
    cout << "close door horizontally" << endl;
24
  }
25
};
26
27
class DoorController {
28
protected:
29
  vector<Door> _doorVec;
30
  
31
public:
32
  void addDoor(Door aDoor) {
33
    _doorVec.push_back(aDoor);
34
  }
35
  
36
  void openDoor() const {
37
    for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun_ref(&Door::open));
38
  }
39
};
40
41
int main() {
42
  DoorController dc;
43
  dc.addDoor(Door());
44
  dc.addDoor(Door());
45
  dc.openDoor();
46
} 
執行結果
open door horizontally
open door horizontally 
37行
for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun_ref(&Door::open)); 
值得注意的是,mem_fun_ref()用在object的member function。若要搭配多型,vector必須放pointer,也就是得使用object pointer的member function,此時得使用mem_fun()將member function轉成function object。

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/* 
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Filename    : GenericAlgo_for_each_MemberFunctionObjectPointer.cpp
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Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
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Description : Demo how to use for_each with member function with object pointer
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Release     : 05/11/2007 1.0
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*/
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#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
#include <functional>
13
14
using namespace std;
15
16
class AbstractDoor {
17
public:
18
  virtual void open() const {
19
    cout << "open door horizontally" << endl;
20
  }
21
  
22
  virtual void close() const {
23
    cout << "close door horizontally" << endl;
24
  }
25
};
26
27
class HorizontalDoor : public AbstractDoor {
28
};
29
30
class VerticalDoor : public AbstractDoor {
31
public:
32
  void open() const {
33
    cout << "open door vertically" << endl;
34
  }
35
  
36
  void close() const {
37
    cout << "close door vertically" << endl;
38
  }
39
};
40
41
class DoorController {
42
protected:
43
  vector<AbstractDoor*> _doorVec;
44
  
45
public:
46
  void addDoor(AbstractDoor& aDoor) {
47
    _doorVec.push_back(&aDoor);
48
  }
49
  
50
  void openDoor() const {
51
    for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun(&AbstractDoor::open));
52
  }
53
};
54
55
int main() {
56
  DoorController dc;
57
  dc.addDoor(HorizontalDoor());
58
  dc.addDoor(VerticalDoor());
59
  dc.openDoor();
60
} 
執行結果
open door horizontally
open door vertically 
51行
for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), mem_fun(&AbstractDoor::open)); 
使用了mem_fun()。
3.2傳入參數
問題又來了,若要使member function也傳入參數呢?這時得使用bind2nd將function object和參數bind在一起,變成另外一個新的function object。
 1
/* 
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(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
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Filename    : GenericAlgo_for_each_MemberFunctionObjectPointerWithParameter.cpp
 5
Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 6
Description : Demo how to use for_each with member function with object pointer
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Release     : 05/11/2007 1.0
 8
*/
 9
#include <iostream>
10
#include <vector>
11
#include <algorithm>
12
#include <functional>
13
14
using namespace std;
15
16
class AbstractDoor {
17
public:
18
  virtual void open() const {
19
    cout << "open door horizontally" << endl;
20
  }
21
  
22
  virtual void close() const {
23
    cout << "close door horizontally" << endl;
24
  }
25
  
26
  virtual void openDoorBy(const char* name) const {
27
    cout << name << " ";
28
    open();
29
  }
30
};
31
32
class HorizontalDoor : public AbstractDoor {
33
};
34
35
class VerticalDoor : public AbstractDoor {
36
public:
37
  void open() const {
38
    cout << "open door vertically" << endl;
39
  }
40
  
41
  void close() const {
42
    cout << "close door vertically" << endl;
43
  }
44
};
45
46
class DoorController {
47
protected:
48
  vector<AbstractDoor*> _doorVec;
49
  
50
public:
51
  void addDoor(AbstractDoor& aDoor) {
52
    _doorVec.push_back(&aDoor);
53
  }
54
  
55
  void openDoor() const {
56
    for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), bind2nd(mem_fun(&AbstractDoor::openDoorBy), "John"));
57
  }
58
};
59
60
int main() {
61
  DoorController dc;
62
  dc.addDoor(HorizontalDoor());
63
  dc.addDoor(VerticalDoor());
64
  dc.openDoor();
65
} 
執行結果
1
John open door horizontally
2
John open door vertically 
56行
for_each(_doorVec.begin(), _doorVec.end(), bind2nd(mem_fun(&AbstractDoor::openDoorBy), "John")); 
透過了bind2nd將參數結合後,成為一個新的function object。
Generics與for_each()搭配
1.Function Template
1.1不傳入參數
在泛型世界裡,那for_each()該怎麼配合function template呢?
 1
/* 
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(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
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Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionTemplate.cpp
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Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with function template
 6
Release     : 05/11/2007 1.0
 7
*/
 8
#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
13
using namespace std;
14
15
template<typename T>
16
void printElem(T elem) {
17
  cout << elem << endl;
18
}
19
20
int main() {
21
  int ia[] = {1, 2, 3};
22
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
23
  
24
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int>);
25
  //for_each(ivec.begin(), ivec.end(), (void(*)(int))printElem);
26
} 
執行結果
若使用function template,有兩種寫法
一種是
for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int>); 
由於template function需要在compile時確定型別,所以要加上<int>確定為int型別。
另外一種寫法
for_each(ivec.begin(), ivec.end(), (void(*)(int))printElem); 
template function並沒有確定型別,但轉成function pointer時,並須明確轉成int型別的function pointer。
1.2 傳入參數
若要如function object那樣能傳參數呢?funtion template是可以,不過有些限制,若使用nontype parameter,只能使用以下三種型別
1.int或enum
2.pointer:pointer to object,pointer to function,pointer to member。
3.reference:reference to object,reference to function。
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/* 
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(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
Filename    : GenericAlgo_for_each_FunctionTemplateWithNontypeParameter.cpp
 4
Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with function template with nontype parameter
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Release     : 05/11/2007 1.0
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*/
 8
#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
13
using namespace std;
14
15
template<typename T, int i>
16
void printElem(T elem) {
17
  cout << i << ":"  << elem << endl;
18
}
19
20
int main() {
21
  int ia[] = {1, 2, 3};
22
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
23
  
24
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int, 5>);
25
} 
執行結果
所以無法如function object那樣可以傳入字串或任意型別,最少在目前ISO C++標準是做不到的。
既然討論了function template,那最具威力的class template是否也能搭配for_each()?
2.Class Template
2.1 不傳入參數
 1
/* 
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(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
Filename    : GenericAlgo_for_each_ClassTemplate.cpp
 4
Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with class template
 6
Release     : 05/11/2007 1.0
 7
*/
 8
#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
#include <functional>
13
14
using namespace std;
15
16
template<typename T>
17
class printElem : public unary_function<T, void> {
18
public:
19
  void operator() (T elem) {
20
    cout << elem << endl;
21
  }
22
};
23
24
int main() {
25
  int ia[] = {1, 2, 3};
26
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
27
  
28
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int>());
29
} 
執行結果
17行
class printElem : public unary_function<T, void> { 
因為printElem只接受for_each()所傳的參數,算是單參數而已,所以public繼承了unary_function<T,void>,因為for_each的定義
template <class InputIterator, class UnaryFunction>
UnaryFunction for_each(InputIterator first, InputIterator last, UnaryFunction f); 
傳進去的是UnaryFunction型別,第一個type parameter T表示傳入的型別,第二個type parameter void,表示回傳的型別,最後重新定義operator()。
2.2 傳入參數
若要使class template也能傳入參數,一樣利用function object的技巧,借用constructor。
 1
/* 
 2
(C) OOMusou 2007 http://oomusou.cnblogs.com
 3
Filename    : GenericAlgo_for_each_ClassTemplateWithParameter.cpp
 4
Compiler    : Visual C++ 8.0 / BCB 6.0 / gcc 3.4.2 / ISO C++
 5
Description : Demo how to use for_each with class template & parameter
 6
Release     : 05/11/2007 1.0
 7
*/
 8
#include <iostream>
 9
#include <vector>
10
#include <iostream>
11
#include <algorithm>
12
#include <functional>
13
14
using namespace std;
15
16
template<typename T, typename U>
17
class printElem : public unary_function<T, void> {
18
private:
19
  U _prefix;
20
  
21
public:
22
  printElem(U prefix) : _prefix(prefix) {}
23
  
24
  void operator() (T elem) {
25
    cout << _prefix << elem << endl;
26
  }
27
};
28
29
int main() {
30
  int ia[] = {1, 2, 3};
31
  vector<int> ivec(ia, ia + sizeof(ia) / sizeof(int));
32
  
33
  for_each(ivec.begin(), ivec.end(), printElem<int, const char*>("Element:"));
34
} 
執行結果
Element:1
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Conclusion
STL的for_each()事實上很好用,不過由於限制很多,所以常令很多新手卻步,本文試著將所有會遇到問題的地方都提出來討論,包括procedure based、object oriented、generics三種paradigm與for_each()的搭配都涵蓋了,希望對各位有幫助。
	posted on 2011-04-18 13:11 
风轻云淡 阅读(35563) 
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C++