【STL】for_each()算法

一、for_each()概述

• for_each()算法非常灵活，允许你以不同的方式访问、处理、修改每一个元素
• 因此，for_each()既属于非更易型算法，又属于更易型算法
• 备注：自C++11起，range-based for循环提供了更方便更自然的行为。因此，for_each()可能逐渐降低其重要性

二、for_each()语法

• 头文件：<algorithm>
• 相关语法：
  • 对区间[beg,end)中的每一个元素调用op(elem)
  • 返回op（它已在算法内部被改动过）的一个拷贝（副本）。C++11起，op的返回值被移动
  • op可以改动元素。然而，请参考与transform()之间的比较，后者具有相同能力，但行事稍有不同
  • op的任何返回值都会被忽略
• 复杂度：线型。调用op()共numElems次
• for_each()的实现如下：
  

三、for_each()的非更易型使用案例

演示案例①
例如下面调用for_each打印vector中的每一个元素，其参数3传递的是一个lambda：

int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
 
    for_each(vec.begin(), vec.end(), 
        [](int elem) {std::cout << elem << " "; }
    );
}

演示案例②
当然，你可以可以向参数3传递一个函数用来打印元素：

void print(int elem)
{
    std::cout << elem << " ";
}
 
int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
    for_each(vec.begin(), vec.end(), print);
}

演示案例③

• 我们也可以为其传入一个函数对象
• 下面的参数3创建一个print临时对象op传递给for_each()，然后每次调用op(int elem)打印元素

class print
{
public:
    void operator()(int elem)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
};
 
int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	
    //创建一个print临时对象传递给for_each()
    for_each(vec.begin(), vec.end(), print());
}

演示案例④
C++11,起，你可以使用range-based for循环完成上面的功能，且更加方便

int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
    for(const auto & elem:vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
}

四、for_each()的更易型使用案例

演示案例①

• 我们调用向for_each()算法的参数3传入一个lambda，lambda的参数为引用类型，那么每次传入给lambda的将会是vector的每个元素的引用，然后在lambda内部改变vector的元素：

int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
 
    //改变每个元素的值
    for_each(vec.begin(), vec.end(),
        [](int& elem) {elem += 10; }
    );
 
    //打印
    for (const auto & elem : vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
}

演示案例②

• 如果我们还想让lambda每次运行时，让其每个元素的值加上第一个元素的值，那么可以在lambda使用[=]形式：

int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
    for (const auto & elem : vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
 
    for_each(vec.begin(), vec.end(),
        [=](int& elem) {elem += *(vec.begin()); }
    );
 
    for (const auto & elem : vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
}

• 结果如下图所示：
  • lambda的[]内使用的是=号，因此传入的是vec.begin()的拷贝
  • 其中vec.begin()等于1，每次每个元素每次都加上1，最终的结果如下图所示
    

演示案例③

int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
    for (const auto & elem : vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
 
    for_each(vec.begin(), vec.end(),
        [&](int& elem) {elem += *(vec.begin()); }
    );
 
    for (const auto & elem : vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
}

• 结果如下图所示：
  • lambda的[]内使用的是&号，因此传入的是vec.begin()的引用
  • 第一次for_each()之后，vec.begin()等于2，之后每个元素每次都加上2，最终的结果如下图所示

演示案例④

• 我们也可以为其传入一个函数对象给它
• 下面也是构造一个AddValue临时对象op给for_each()，但是由于AddValue的构造函数需要一个函数，因此给出一个数值构造临时对象。然后每次op(int &elem)，将数值+=

template<typename T>
class AddValue
{
private:
    T theValue;
public:
    AddValue(const T& v) :theValue(v) {}
    void operator()(T& elem)
    {
        elem += theValue;
    }
};
 
int main()
{
    std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	
    //构造一个AddValue临时对象给for_each()
    for_each(vec.begin(), vec.end(), AddValue<int>(10));
    for (const auto & elem : vec)
    {
        std::cout << elem << " ";
    }
}

五、for_each()的返回值

• 通过for_each()的语法我们知道，for_each()的返回值为参数3的一个拷贝

演示案例

• 代码如下：

class MeanValue
{
private:
    long num;
    long sum;
public:
    MeanValue() :num(0), sum(0) {}
    void operator()(int elem)
    {
        num++;
        sum += num;
    }
 
    operator double()
    {
        return static_cast<double>(sum) / static_cast<double>(num);
    }
};
 
int main()
{
    vector<int> coll{ 1,2,3,4,5,6,7,8 };
 
    //返回一个MeanValue()对象的拷贝，但是由于MeanValue支持operator double，因此我们可以直接将MeanValue转换为一个double类型返回
    double mv = for_each(coll.begin(), coll.end(), MeanValue());
    std::cout << "mean value: " << mv;
}

• 代码解析：

  • 下面我们创建一个临时MeanValue()对象给for_each()，那么每次for_each()运算的时候都会调用这个临时对象的operator()运算符，之后将MeanValue()临时对象返回
  • 又因为MeanValue()类型定义了operator double()，因此我们可以将一个MeanValue()对象转换为一个double类型，因此直接用double数据作为for_each()的返回值接收者

• 结果如下所示：
  

• 这个演示案例在“函数对象”一文中也介绍过，稍有不同，但是原理一致：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/105486284

• 也可以使用lambda完成任务（详情见文章：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/105486309），并以by reference方式传递返回值。然而在这种情形下lambda不见得比较好，因为function object不但封装sum作为其内部状态，也封装了“sum除以元素个数”这一最终触发

最后

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