C++函数对象浅谈:函数符、lambda表达式

函数对象(function object)

function object的基本思想是将函数当作一个对象来使用。
广义的函数对象分为三种，函数指针，函数符，lambda表达式。

• 我们之前已经介绍了函数指针，可以看我的另外一篇博客：C/C++: 函数指针、面向对象编程方法的C语言实现
• 我们这次就重点来介绍另外两种函数对象。

函数符

我们都知道C++拥有操作符重载的能力，这就给了我们启发，是否可以为一个类重载()操作符，实现函数对象的功能呢？我们把这种函数对象的实现方式叫做，函数符(functor)。
以下这个简单的程序说明了函数对象的定义方式和使用方式。

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

template 
class lower{
public:
    bool operator()(T &a,T &b){
        return a()(a,b) << endl;
    /*使用lower函数对象
     * 输出：
     * false
    */
    int array[5] = {9,6,3,7,1};
    sort(array,array+5,lower());
    //使用lower函数对象，对array从小到大排序
    copy(array,array+5,ostream_iterator(cout," "));
    /*输出排序之后的结果
     * 输出：
     * 1 3 6 7 9 //末尾有空格
     */
}

定义：函数符是可以以函数方式与()结合使用的任意对象。
事实上，STL算法中使用了大量的函数符，如这个实例里面，使用sort算法的时候，使用了函数符。
函数符是STL引入的概念，它不仅局限于此，根据定义，函数符也可以是函数名，函数指针。但我们一般说函数符，指的是使用()重载的类。
C++标准库定义了很多类似的函数对象，分为算术运算(arithmetic)，关系运算(relational)和逻辑运算(logical)三类。

• 六个算术运算：
  plus,minus,negate,multiplies,divides,modules
• 六个关系运算：
  less,less_equal,greater,greater_equal,equal_to,not_equal_to
• 三个逻辑运算，分别对应&&、||、！：
  logical_and,logical_or,logical_not

这些东西在C++标准库中又被叫做伪函数。他们只是用类来模拟了函数的功能，但事实上，并不能算是函数，本质上，还是对象。

• C++11引入了一种函数对象的快速构建方法，lambda表达式。

lambda表达式

C++11新增的lambda表达式，也就是所谓的匿名函数。
标准的lambda定义为

[capture] (parameters) ->return-type {statement}

• capture:捕捉列表，parameters参数列表，return-type返回类型，statement函数体
  捕捉列表会捕捉上下文中的变量，[=]代表参数按值传递，[&]代表参数按引用传递。除此之外，还能类似这样定义[=,&a]，这代表，其他变量按值传递，而a按引用传递。
• parameters:和函数的参数列表一样，capture和parameters都是来指定lambda中需要用到的变量的。两者都是谓词在lambda中表现的结果。
• return-type，返回类型，这是可以省略的，->这被称为是后置返回类型(trailing return type)，它也可以在普通函数的定义和声明上使用，但需要搭配auto食用。比如auto plus(int a,int b)->int;。
• statement函数体，可以多行。

下面给出一个lambda的使用实例。

#include 
using namespace std;

int main(){
    int a=9,b=7;
    cout << a << endl;
    /*输出
     * 9
     */
    auto plus = [=]() mutable ->int{return (a++)+b;};
    //不可省略mutable
    auto multiply = [](int a,int b) ->int {return a*b;};
    cout << "plus: "<< plus() << endl;
    /*输出
     * plus: 16
     */
    cout << a << endl;
    /*输出
     * 9
     */
    cout << "multiply: " << multiply(a,b) << endl;
    /*输出
     * plus: multiply: 63
     */
}

这个例子里演示了捕捉列表和参数列表的使用。

• 我们刻意使用了mutable关键字，在lambda中，规定了按值传递的变量是常量。这样我们不能对这些参数做修改。使用mutable关键字，可以取消这个约定。

可是，从输出结果看，a还是没有改变啊？

• 不要怕，其实，因为是按值传递，所以改变的其实是传入lambda的那个临时变量，而不是a。

lambda还是在STL中用最舒服，比如，我们可以用lambda简化之前的排序代码。

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main(){
    int array[5] = {9,6,3,7,1};
    sort(array,array+5,[](int a,int b)->bool { return abool { return a(cout," "));
    /*输出排序之后的结果
     * 输出：
     * 1 3 6 7 9 //末尾有空格
     */
}

但你很快意识到，即使没有lambda，C++依旧可以表现得很好，那么为什么需要lambda呢？

• 一种说法是，使函数的定义在涉及的内容附近，有利于维护代码。