الـ Functors وتعبيرات Lambda

جزء من قسم Object Oriented Programming في رحلة C++ على Coddy — الدرس 74 من 104.

تقبل العديد من خوارزميات STL كائنًا قابلًا للاستدعاء يخصص سلوكها. لقد رأيت بالفعل تعبيرات لامبدا (lambdas) مستخدمة مع std::transform. دعنا نستكشف كلًا من الكائنات الدالية (functors) و تعبيرات لامبدا (lambda expressions) - وهما طريقتان لإنشاء كائنات قابلة للاستدعاء في ++C.

الـ functor (كائن دالة) هو عبارة عن صنف (class) يقوم بعمل تحميل زائد (overload) لـ operator()، مما يسمح باستدعاء الكائنات (instances) كأنها دوال:

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>

struct MultiplyBy {
    int factor;
    MultiplyBy(int f) : factor(f) {}
    
    int operator()(int x) const {
        return x * factor;
    }
};

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4};
    std::vector<int> result(nums.size());
    
    std::transform(nums.begin(), nums.end(), result.begin(), MultiplyBy(3));
    // النتيجة: {3, 6, 9, 12}
}

يمكن لكل مثيل functor أن يحمل حالته المستقلة الخاصة من خلال متغيرات الأعضاء التي يتم تعيينها عند الإنشاء - وهو أمر لا يمكن لاستدعاء دالة عادي القيام به. ومع ذلك، فإن تعريف class للعمليات البسيطة يعد أمراً مطولاً. توفر تعبيرات Lambda بديلاً موجزاً:

int factor = 3;
std::transform(nums.begin(), nums.end(), result.begin(),
               [factor](int x) { return x * factor; });

صيغة lambda هي [capture](parameters) { body }. تحدد جملة الالتقاط المتغيرات الخارجية التي يمكن لـ lambda الوصول إليها. استخدم [=] لالتقاط الكل بالقيمة، أو [&] لالتقاط الكل بالمرجع، أو قم بسرد متغيرات محددة مثل [factor] أو [&factor].

تعتبر تعبيرات لامدا (Lambdas) مفيدة بشكل خاص للعمليات التي تُنفذ لمرة واحدة مع الخوارزميات، مثل الفرز بمعايير مخصصة:

std::vector<int> nums = {5, -2, 8, -1};
std::sort(nums.begin(), nums.end(), 
          [](int a, int b) { return std::abs(a) < std::abs(b); });
// مرتبة حسب القيمة المطلقة: {-1, -2, 5, 8}

التحدي

سهل

دعونا نبني آلة حاسبة للأسعار توضح كلاً من الدوال الكائنية (functors) وتعبيرات لامبدا (lambda expressions) لتطبيق استراتيجيات خصم مختلفة على أسعار المنتجات.

ستقوم بتنظيم الكود الخاص بك عبر ملفين:

Discounts.h: قم بتعريف الدوال الكائنية للخصم ودوال المساعدة هنا.
قم بإنشاء دالة كائنية تسمى PercentageDiscount تخزن نسبة الخصم (كعدد صحيح). يجب أن يأخذ operator() الخاص بها سعراً من نوع double ويعيد السعر بعد الخصم. على سبيل المثال، خصم بنسبة 20% على 100 دولار يجب أن يعيد 80 دولاراً.

قم بإنشاء دالة كائنية أخرى تسمى FixedDiscount تخزن مبلغاً ثابتاً لطرحه (كـ double). يجب أن يأخذ operator() الخاص بها سعراً ويعيد السعر مطروحاً منه المبلغ الثابت (ولكن لا يقل أبداً عن 0).

قم بإنشاء دالة تسمى printPrices تأخذ const std::vector<double>& وتطبع جميع الأسعار مفصولة بمسافات، متبوعة بسطر جديد. قم بتنسيق كل سعر بمنزلتين عشريتين.
main.cpp: اقرأ خمسة مدخلات (كل منها في سطر منفصل):
1. سعر المنتج الأول (double)
2. سعر المنتج الثاني (double)
3. سعر المنتج الثالث (double)
4. نسبة الخصم المراد تطبيقها (عدد صحيح، مثلاً 20 لـ 20%)
5. مبلغ الخصم الثابت (double)
قم بإنشاء vector يحتوي على الأسعار الثلاثة ووضح كلا النهجين:
1. اطبع Original prices: متبوعة بالأسعار
2. استخدم std::transform مع دالة PercentageDiscount الكائنية لإنشاء vector جديد من الأسعار المخفضة. اطبع After percentage discount: متبوعة بالنتائج
3. استخدم std::transform مع دالة FixedDiscount الكائنية على الأسعار الأصلية لإنشاء vector آخر. اطبع After fixed discount: متبوعة بالنتائج
4. استخدم std::transform مع تعبير لامبدا يضاعف كل سعر أصلي. اطبع Premium prices (doubled): متبوعة بالنتائج
5. استخدم std::sort مع تعبير لامبدا لفرز الأسعار الأصلية بترتيب تنازلي. اطبع Sorted (high to low): متبوعة بالأسعار المرتبة

على سبيل المثال، مع المدخلات 100.00، 50.00، 75.00، 20، و 15.00:

Original prices: 100.00 50.00 75.00 
After percentage discount: 80.00 40.00 60.00 
After fixed discount: 85.00 35.00 60.00 
Premium prices (doubled): 200.00 100.00 150.00 
Sorted (high to low): 100.00 75.00 50.00

يتيح لك هذا التحدي مقارنة الدوال الكائنية (التي تحافظ على الحالة مثل مبلغ الخصم) مع تعبيرات لامبدا (التي تلتقط المتغيرات للعمليات السريعة والمضمنة). كلا النهجين يعملان بسلاسة مع خوارزميات STL مثل std::transform و std::sort.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "Discounts.h"

int main() {
    // قراءة المدخلات
    double price1, price2, price3;
    int percentageDiscount;
    double fixedDiscount;
    
    std::cin >> price1;
    std::cin >> price2;
    std::cin >> price3;
    std::cin >> percentageDiscount;
    std::cin >> fixedDiscount;
    
    // إنشاء متجه (vector) بالأسعار الثلاثة
    std::vector<double> prices = {price1, price2, price3};
    
    // TODO: اطبع "Original prices:" متبوعة بالأسعار باستخدام printPrices
    
    // TODO: استخدم std::transform مع الـ functor المسمى PercentageDiscount
    // إنشاء متجه جديد للنتائج
    // اطبع "After percentage discount:" متبوعة بالنتائج
    
    // TODO: استخدم std::transform مع الـ functor المسمى FixedDiscount على الأسعار الأصلية
    // إنشاء متجه جديد للنتائج
    // اطبع "After fixed discount:" متبوعة بالنتائج
    
    // TODO: استخدم std::transform مع lambda تضاعف كل سعر أصلي
    // إنشاء متجه جديد للنتائج
    // اطبع "Premium prices (doubled):" متبوعة بالنتائج
    
    // TODO: استخدم std::sort مع lambda لفرز الأسعار الأصلية بترتيب تنازلي
    // اطبع "Sorted (high to low):" متبوعة بالأسعار المفروزة
    
    return 0;
}