【C++】lambda 表达式 | 包装器
作者：@阿亮joy.
专栏：《吃透西嘎嘎》
座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根
目录
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- lambda表达式
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- C++98中的一个例子
- lambda表达式
- lambda表达式语法
- 包装器
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- function包装器
- bind
- 总结
lambda表达式
C++98中的一个例子
注：是否需要加括号，看的是模板需要的是对象还是类型。如果是对象就要加括号，而如果是类型就不需要加括号。
在 C++98 中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用 std::sort 方法。
#include 如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则。
struct Goods
{
string _name; // 名字
double _price; // 价格
int _evaluate; // 评价
Goods(const char* str, double price, int evaluate)
:_name(str)
, _price(price)
, _evaluate(evaluate)
{}
};
struct ComparePriceLess
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price < gr._price;
}
};
struct ComparePriceGreater
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price > gr._price;
}
};
int main()
{
vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}
随着 C++ 语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了。每次为了实现一个算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类。特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便。因此，在 C++11 语法中出现了 Lambda 表达式。
lambda表达式
int main()
{
vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
// 价格低的排前面
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
return g1._price < g2._price; });
// 价格高的排前面
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
return g1._price > g2._price; });
// 评价低的排前面
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
return g1._evaluate < g2._evaluate; });
// 评价高的排前面
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
return g1._evaluate > g2._evaluate; });
}
上述代码就是使用 C++11 中的 lambda 表达式来解决，可以看出 lambda 表达式实际是一个匿名函数。
lambda表达式语法
- lambda表达式各部分说明
- [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在 lambda 函数的开始位置，编译器根据
[]来判断接下来的代码是否为 lambda 函数，即使为空，也不能省略。捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供 lambda 函数使用。 - (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同 ( ) 一起省略。
- mutable：默认情况下，lambda 函数总是一个 const 函数，mutable 可以取消其常量性。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。
- ->returntype：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
- {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。
注意： 在 lambda 函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。因此C++11 中最简单的 lambda 函数为：[]{}; 该 lambda 函数不能做任何事情。
int main()
{
// 两个数向加的lambda表达式
auto Add1 = [](int a, int b)->int {return a + b; };
cout << Add1(1, 2) << endl;
// 可省略返回值类型
auto Add2 = [](int a, int b) {return a + b; };
cout << Add1(1, 2) << endl;
// 交换变量的lambda表达式
int x = 10, y = 20;
// 该lambda表达式无法实现交换
auto Swap1 = [](int a, int b)->void {int tmp = a; a = b; b = tmp; };
Swap1(x, y);
cout << x << " " << y << endl;
auto Swap2 = [](int& a, int& b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
};
Swap2(x, y);
cout << x << " " << y << endl;
// 不传参数交换x、y的lambda表达式 -- 捕捉列表
// 默认捕捉列表的对象不可修改,需要mutable
// 无法完成交换,传值捕捉
auto Swap3 = [x, y]()mutable
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
};
Swap3();
cout << x << " " << y << endl;
// 传引用捕捉
auto Swap4 = [&x, &y]
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
};
Swap4();
cout << x << " " << y << endl;
return 0;
}
通过上述例子可以看出，lambda 表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助 auto 将其赋值给一个变量。
- 捕获列表说明
捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被 lambda 使用，以及使用的方式传值还是传引用。
- [var]：表示值传递方式捕捉变量 var
- [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括 this 指针)
- [&var]：表示引用传递捕捉变量 var
- [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括 this 指针)
- [this]：表示值传递方式捕捉当前的 this 指针
注意：
- 父作用域指包含 lambda 函数的语句块。
- 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。 比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量 a 和 b，值传递方式捕捉其他所有变量；[&，a, this]：值传递方式捕捉变量 a 和 this 指针，引用方式捕捉其他变量。
- 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。 比如：[=, a]：= 已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉 a 重复。
- 在块作用域以外的 lambda 函数捕捉列表必须为空。
- 在块作用域中的 lambda 函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域的变量或者非全局变量都会导致编译报错。
- lambda 表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同。
- 父作用域是指当前的函数栈帧，变量的生命周期由存储区域来决定，作用域决定编译器的查找。编译器先会在当前作用域中查找，如果没找到，再去全局域中查找。如果还没有找到，就会报错。如果指定了作用域，编译器只会在指定的作用域中查找。
int main()
{
int a, b, c, d, e;
a = b = c = d = e = 10;
// 全部传值捕捉
auto func1 = [=]() {
cout << a << ' ' << b << ' ' << c << ' ' << d << ' ' << e << endl;
};
func1();
// 全部传值捕捉
// lambda表达式的定义
auto func2 = [=, &a]() {
cout << a << ' ' << b << ' ' << c << ' ' << d << ' ' << e << endl;
};
func2(); // lambda表达式的调用
return 0;
}
lambda 表达式的底层是仿函数，该仿函数的名字是 lambda + UUID，lambda 表达式的定义就是对象的定义。其捕捉列表就是函数传参，lambda 表达式的调用就是调用 operator()。
实际在底层编译器对于 lambda 表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的，即如果定义了一个lambda 表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了 operator()。
void (*PF)();
int main()
{
auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };
// lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同
// 因为lambda表达式的底层实现是定义一个类lambda+UUID
//f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=()
// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
auto f3(f2);
f3();
// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
PF = f2;
PF();
return 0;
}
包装器
function包装器
function 包装器也叫作适配器。C++中的 function 本质是一个类模板，也是一个包装器。
ret = func(x);
上面func可能是什么呢？那么 func 可能是函数名、函数指针和函数对象(仿函数)，也有可能是 lambda 表达式。所以这些都是可调用的类型！如此丰富的类型，可能会导致模板的效率低下！为什么呢？我们继续往下看。
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{
static int count = 0;
cout << "count:" << ++count << endl;
cout << "count:" << &count << endl;
return f(x);
}
double f(double i)
{
return i / 2;
}
struct Functor
{
double operator()(double d)
{
return d / 3;
}
};
int main()
{
// 函数名/函数指针
cout << useF(f, 11.11) << endl;
// 仿函数/函数对象
cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;
// lambda表达式
cout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;
return 0;
}
通过上面的程序验证，我们会发现 useF 函数模板实例化了三份。
包装器就可以很好地解决上面的问题。
std::function在头文件<functional>
// 类模板原型如下
template <class T> function;
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;
模板参数说明：
Ret: 被调用函数的返回类型
Args…：被调用函数的形参
#include 有了包装器，如何解决模板的效率低下，实例化多份的问题呢？
#include 
包装器解决逆波兰表达式求值
逆波兰表达式求值思路：遇到操作数，操作数入操作数栈。遇到操作符，出栈顶两个操作数进行运算，再将运算结果压入操作数栈中。当遍历结束，栈顶的操作数就是逆波兰表达式的结果。
class Solution
{
public:
int evalRPN(vector<string>& tokens)
{
stack<long long> st;
// 事件响应
map<string, function<long long(long long, long long)>> opFuncMap =
{
{"+", [](long long a, long long b){ return a + b; }},
{"-", [](long long a, long long b){ return a - b; }},
{"*", [](long long a, long long b){ return a * b; }},
{"/", [](long long a, long long b){ return a / b; }},
};
for(auto& str : tokens)
{
// map的count函数接口可以判断在不在,因为其返回值是0或1
if(opFuncMap.count(str)) // 操作符
{
int right = st.top();
st.pop();
int left = st.top();
st.pop();
st.push(opFuncMap[str](left, right));
}
else // 操作数
st.push(stoll(str));
}
return st.top();
}
};
为什么 pop 函数返回值类型是 void，而不是 T 呢？如果 pop 函数返回了栈顶元素，那么它按值返回而不能按引用返回，因为按引用返回将创建一个悬空指针。而按值返回效率低下，它至少涉及一个冗余的拷贝构造函数。但是到了 C++11，其实将 pop 函数设计成按值返回也没有什么问题，因为有了移动构造和移动赋值。
bind
std::bind 函数定义在 functional 头文件中，是一个函数模板，它就像一个函数包装器(适配器)，接受一个可调用对象（callable object），生成一个新的可调用对象来适应原对象的参数列表。一般而言，我们用它可以把一个原本接收 N 个参数的函数 fn，通过绑定一些参数，返回一个接收 M 个（M 可以大于 N，但这么做没什么意义）参数的新函数。同时，使用 std::bind 函数还可以实现参数顺序调整等操作。
可以将 bind 函数看作是一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来适应原对象的参数列表。调用 bind 函数的一般形式：auto newCallable = bind(callable,arg_list);
其中，newCallable 本身是一个可调用对象，arg_list 是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的 callable 的参数。当我们调用 newCallable 时，newCallable 会调用 callable，并传给它 arg_list 中的参数。
arg_list 中的参数可能包含形如 _n 的名字，其中 n 是一个整数，这些参数是占位符，表示 newCallable 的参数，它们占据了传递给 newCallable 的参数的位置。数值 n 表示生成的可调用对象中参数的位置：_1 为 newCallable 的第一个参数，_2 为第二个参数，以此类推。
#include 与func1类型一样
cout << func1(1, 2) << endl;
//表示绑定函plus的第一、第二个参数为1和2
auto func2 = std::bind(Plus, 1, 2);
cout << func2() << endl;
// 绑定成员函数
std::function<int(int, int)> func3 = std::bind(&Sub::sub, Sub(),
placeholders::_1, placeholders::_2);
// 参数调换顺序
std::function<int(int, int)> func4 = std::bind(&Sub::sub, Sub(),
placeholders::_2, placeholders::_1);
cout << func3(1, 2) << endl;
cout << func4(1, 2) << endl;
return 0;
}
注：_1、_2… 定义在 placeholders 命名空间中，代表绑定函数对象的形参，_1、_2…分别代表第一个形参、第二个形参… 。bind 函数通常用于调整个数，把固定参数给绑定死。
总结
本篇博客主要讲解了 lambda 表达式、function 包装器和 bind 函数等等。那么以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家！❣️