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 lambdas مستخدمة مع std::transform. لنستكشف كلًا من functors وتعبيرات lambda - وهما طريقتان لإنشاء كائنات قابلة للاستدعاء في C++.

إنّ functor (كائن function) هو class يعيد تعريف operator()، مما يسمح باستدعاء المثيلات مثل الدوال:

#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));
    // result: {3, 6, 9, 12}
}

يمكن لكل مثيل من functor أن يحمل حالته المستقلة من خلال متغيرات الأعضاء التي يتم تعيينها عند الإنشاء، وهو أمر لا يمكن لاستدعاء function عادي القيام به. ومع ذلك، فإن تعريف class للعمليات البسيطة يكون مطولًا. توفّر تعبيرات Lambda بديلًا موجزًا:

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

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

تكون lambda مفيدة بشكل خاص للعمليات التي تُنفَّذ مرة واحدة، مثل الفرز وفق معايير 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

لنَبْنِ حاسبة أسعار توضّح كلاً من functors وتعبيرات lambda لتطبيق استراتيجيات خصم مختلفة على أسعار المنتجات.

ستُنظّم شفرتك عبر ملفين:

Discounts.h: عرّف functors الخصم ودوال الأدوات هنا.
أنشئ functor يُسمى PercentageDiscount ويخزّن نسبة خصم (بصيغة integer). يجب أن يأخذ operator() سعراً من النوع double ويعيد السعر بعد الخصم. على سبيل المثال، يجب أن يعيد خصم بنسبة 20% على 100$ القيمة 80$.

أنشئ functor آخر يُسمى FixedDiscount ويخزّن مبلغاً fixed لطرحه (بصيغة double). يجب أن يأخذ operator() سعراً ويعيد السعر مطروحاً منه المبلغ fixed (لكن never أقل من 0).

أنشئ function تُسمى printPrices وتأخذ const std::vector<double>& وتطبع جميع الأسعار مفصولة بمسافات، يتبعها newline. نسّق كل سعر باستخدام منزلتين عشريتين.
main.cpp: اقرأ خمسة inputs (كل واحد في سطر منفصل):
1. سعر المنتج الأول (double)
2. سعر المنتج الثاني (double)
3. سعر المنتج الثالث (double)
4. نسبة الخصم المطلوب تطبيقها (integer، مثلاً 20 لنسبة 20%)
5. مبلغ الخصم fixed (double)
أنشئ متجهاً يحوي الأسعار الثلاثة ووضّح النهجين معاً:
1. اطبع Original prices: متبوعاً بالأسعار
2. استخدم std::transform مع functor PercentageDiscount لإنشاء متجه جديد من الأسعار بعد الخصم. اطبع After percentage discount: متبوعاً بالنتائج
3. استخدم std::transform مع functor FixedDiscount على الأسعار الأصلية لإنشاء متجه آخر. اطبع After fixed discount: متبوعاً بالنتائج
4. استخدم std::transform مع تعبير lambda يضاعف كل سعر أصلي. اطبع Premium prices (doubled): متبوعاً بالنتائج
5. استخدم std::sort مع lambda لترتيب الأسعار الأصلية بترتيب descending. اطبع Sorted (high to low): متبوعاً بالأسعار المرتبة

على سبيل المثال، باستخدام inputs 100.00 و50.00 و75.00 و20 و15.00:

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 functors (التي تحافظ على حالة مثل مبلغ الخصم) مع lambdas (التي تلتقط المتغيرات لتنفيذ عمليات سريعة ومضمّنة). يعمل النهجان بسلاسة مع خوارزميات STL مثل std::transform وstd::sort.

جرّب بنفسك

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

int main() {
    // اقرأ المدخلات
    double price1, price2, price3;
    int percentageDiscount;
    double fixedDiscount;
    
    std::cin >> price1;
    std::cin >> price2;
    std::cin >> price3;
    std::cin >> percentageDiscount;
    std::cin >> fixedDiscount;
    
    // أنشئ متجهًا بالأسعار الثلاثة
    std::vector<double> prices = {price1, price2, price3};
    
    // TODO: Print "Original prices:" followed by the prices using printPrices
    
    // TODO: Use std::transform with PercentageDiscount functor
    // أنشئ متجهًا جديدًا للنتائج
    // Print "After percentage discount:" followed by the results
    
    // TODO: Use std::transform with FixedDiscount functor on original prices
    // أنشئ متجهًا جديدًا للنتائج
    // Print "After fixed discount:" followed by the results
    
    // TODO: Use std::transform with a lambda that doubles each original price
    // أنشئ متجهًا جديدًا للنتائج
    // Print "Premium prices (doubled):" followed by the results
    
    // TODO: Use std::sort with a lambda to sort original prices in descending order
    // Print "Sorted (high to low):" followed by the sorted prices
    
    return 0;
}