C++：C++11新特性--lambda表达式和包装器
文章目录
- lambda表达式
-
- lambda表达式的使用规则
- lambda表达式的用法
- lambda表达式的理解
- 函数对象和lambda表达式
- 包装器
- bind
lambda表达式
首先介绍什么是lambda表达式，在介绍这个情景前，可以回忆一下算法库中的sort排序：
// lambda表达式
void lambda1()
{
int arr[] = { 1,3,6,5,4,2,8,9,10 };
for (auto e : arr)
cout << e << " ";
cout << endl;
sort(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));
for (auto e : arr)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
这是可以实现排序的结果的，但排序的默认是使用升序排序，这是因为在算法库中最后一个参数给了缺省参数
因此，如果想要实现降序排序，可以自己定义一种排序的方式
// lambda表达式
struct Compare
{
bool operator()(int a, int b)
{
return a > b;
}
};
void lambda1()
{
int arr[] = { 1,3,6,5,4,2,8,9,10 };
for (auto e : arr)
cout << e << " ";
cout << endl;
sort(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), Compare());
for (auto e : arr)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
此时就可以实现一个降序排序
这样的实现是很有意义的，当遇到不能进行默认比较的时候，例如在比较pair类型参数等，就不可以直接进行比较，需要手动的定义比较的方式，这都是可以理解的
现在的问题是，这样写有一个不方便的地方，就是传入的Compare参数并不知道是按照什么规则进行排序的，是升序还是降序？这是不确定的
因此C++11就引入了lambda表达式来弥补这方面的措施，lambda表达式最早出现于Python语言，因此从某种意义来说可以把它当成是一种全新的语言来学习它，那么下面就介绍它的使用规则
lambda表达式的使用规则
lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }
对于上面表达式中的各部分写一个说明：
-
[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，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。
注意点：
在lambda函数定义的过程中，参数列表和返回值的类型都是可以选择的，而捕捉列表和函数体也可以为空，那么空语句可以定义为[]{}表示这个lambda函数不做任何事
lambda表达式的用法
void lambda2()
{
int arr[] = { 1,3,6,5,4,2,8,9,10 };
for (auto e : arr)
cout << e << " ";
cout << endl;
// lambda表达式的完全版写法
sort(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), [](int x, int y) -> bool {return x < y; });
// 缺省方式的写法
sort(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), [](int x, int y) {return x < y; });
for (auto e : arr)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
上面演示的就是lambda表达式的一个例子，可以看到的是，整个函数的组成是由捕获列表，参数列表，mutable选项(这里没写)，返回值类型，函数体所组成的，而事实上这也确实就是lambda表达式的组成，从这个表达式中看就能很明白的看出lambda表达式的功能是什么了
lambda表达式还可以用类似于函数的方式来完成：
void lambda3()
{
auto fun1 = [](int x, int y)
{
cout << x + y << endl;
};
auto fun2 = [](int x, int y)
{
return x + y;
};
fun1(10, 20);
cout << fun2(1, 2) << endl;
}
上面的表达式可以看出，fun1和fun2接收了这个表达式，接着就可以用函数调用的方式来对lambda表达式进行执行，而事实上也确实成功的执行了，是有运行结果的
捕捉列表
捕捉列表是lambda表达式的一个重要组成部分，它表示了lambda表达式中可以使用哪些数据，以及使用的是传值还是传引用
1. [var]：表示值传递方式捕捉变量var
2. [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
3. [&var]：表示引用传递捕捉变量var
4. [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
5. [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针
lambda表达式的理解
lambda表达式从上面来看是有返回值的，那么返回值的类型是什么呢？
运行结果如下所示
void lambda4()
{
auto fun1 = [](int x, int y)
{
cout << x + y << endl;
return 0;
};
fun1(10, 20);
cout << typeid(fun1).name() << endl;
}
30
class `void __cdecl lambda4(void)'::`2'::<lambda_1>
从中看出，lambda表达式的类型很奇怪，并不是想象中的是一种固定的模式，而是一种类似于随机值的机制，由此说明，lambda表达式之间是不可以进行相互赋值的，因为它们在底层是完完全全不一样的，不支持operator=
函数对象和lambda表达式
函数对象是什么？lambda表达式是什么？
函数对象又被叫做仿函数，如同它字面意思一样，可以像函数一样使用对象，简单来说就是前面在sort中写的Compare对象，在它里面重载了一个operator()，这样近似的可以理解成是把一个对象当成一个函数来使用
来举一个例子：
class Rate
{
public:
Rate(double rate) : _rate(rate)
{}
double operator()(double money, int year)
{
return money * _rate * year;
}
private:
double _rate;
};
void lambda6()
{
double rate = 1;
Rate r1(rate);
r1(1, 2);
auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;
};
r2(1, 2);
}
从使用的角度来看，函数对象和lambda表达式是一样的，都是用括号进行调用，函数对象将rate作为它的成员变量，在定义对象的时候给出初始值，而lambda表达式又可以通过捕获列表将该变量直接捕获到
而从它们的底层逻辑考虑，在底层看来表达式的处理方式是一样的，都是按照函数对象来处理的，也就是说，如果定义了一个lambda表达式，在系统的底层会自动生成一个类，在这个类中会重载一个operator()
包装器
什么是包装器？
function包装器，也叫做适配器，是C++中的一个类模板
为什么需要包装器？
回忆一下在学习C和C++的过程中，对于可调用对象的概念来说，可以如何进行调用？可以调用什么呢？
- 函数指针
- 仿函数
- lambda表达式
借助这三个内容，都可以把对象近似当成一个函数来调用，但是这是有弊端的，例如对于函数指针来说，它的使用非常的复杂，不方便使用，对于阅读者来说也很难进行阅读，对于仿函数来说它自身的包装很重，需要构造一个结构体，在里面实现一个函数的重载，而对于lambda表达式来说就更有弊端了，它本身是一个匿名的内容，想要实现调用也并不容易，因此这三种调用的方式都有一定的弊端，都不太容易进行调用
那么对此可以如何进行针对性的解决呢？C++11就引入了一个function包装器，简单来说就是把这些内容进行了一定程度的包装，在调用的时候直接调用
包装器的使用方法
// 包装器
// 定义几种方式用来实现两个数的相加过程
int func1(int x, int y)
{
return x + y;
}
struct func2
{
int operator()(int x, int y)
{
return x + y;
}
};
class func3
{
public:
static int add1(int x, int y)
{
return x + y;
}
double add2(double x, double y)
{
return x + y;
}
};
void function1()
{
// 把函数指针包装起来
function<int(int, int)> fun1 = func1;
cout << "函数指针" << fun1(10, 20) << endl;
// 把仿函数包装起来
function<int(int, int)> fun2 = func2();
cout << "仿函数" << fun2(20, 30) << endl;
// 把lambda表达式包装起来
function<int(int, int)> fun3 = [](int x, int y) {return x + y; };
cout << "lambda表达式" << fun3(40, 50) << endl;
// 把类的成员函数包装起来
function<int(int, int)> fun4 = &func3::add1;
cout << "静态成员函数" << fun4(50, 60) << endl;
function<double(func3, double, double)> fun5 = &func3::add2;
cout << "非静态成员函数" << fun5(func3(), 1.1, 2.2) << endl;
}
上面演示的就是包装器的使用方法，它的好处之一就是，可以把多种调用的方式变成一种来调用，除了非静态成员函数，这个后面和绑定器结合在一起进行讲解
包装器的底层逻辑可以使得模板实例化的成本降低，在实际的开发中还是有意义的
bind
std::bind函数定义在头文件中，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
bind的使用
关于bind的使用，可以大致有绑定成员函数，参数调换顺序两种使用场景
所以上面的非静态成员变量实际上也是可以进行改造的，可以改造成这样
绑定成员函数
function<double(double, double)> fun5 = bind(&func3::add2, func3(), placeholders::_1, placeholders::_2);
cout << "非静态成员函数" << fun5(1.1, 2.2) << endl;
这个函数相当于是把fun5死绑在func3的对象中了
参数调换顺序
// bind
int sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
void testbind()
{
function<int(int, int)> fun1 = sub;
cout << fun1(10, 5) << endl;
function<int(int, int)> fun2 = bind(sub, placeholders::_2, placeholders::_1);
cout << fun2(10, 5) << endl;
}