【C++11】lambda表达式及包装器

一.lambda表达式

1.可调用对象

可调用对象即可以像函数一样被调用的对象，有以下三种：

  1. 函数(指针)
  2. 仿函数对象
  3. lambda表达式

 tips：调用函数时，既可以用函数名，也可以用函数地址，因为函数名和函数地址是一回事。

2.lambda表达式格式

[捕捉列表](参数列表)mutable->返回值类型 {函数体} 

  1. 捕捉列表不能省略，即使它为空
  2. 参数列表为空时可以省略，但是有mutable时不能省略
  3. mutable用法后面会讲
  4. 返回值类型可以省略

例如：<algorithm>中的sort是一个函数模版，第三个参数需要一个可调用对象，我们就可以传一个lambda表达式过去。如果要传仿函数对象，需要定义一个类，相比之下，lambda表达式更加轻便。

struct Good
{Good(const string& name, double price, int id):_name(name),_price(price),_id(id){}string _name;double _price;int _id;
};
int main()
{vector<Good> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2 ,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };auto priceLess = [](const Good& g1, const Good& g2)->bool{return g1._price < g2._price;};sort(v.begin(), v.end(), priceLess);
}

3.lambda表达式的本质

lambda表达式底层是一个仿函数对象，是一个重载了operator()的类的匿名对象。这个类的名称是<lambda_uuid>(uuid是一个很长的字符串，通过某种算法得到，同一台机器上基本不会重复)，这个类对用户也是匿名的，不能直接使用。

 4.详解捕捉列表

捕捉列表用于捕捉父作用域的局部变量，供函数体中使用。父作用域指的是lambda表达式所在的语句块。捕捉列表内的东西实质上是该匿名对象的成员。

(1)值捕捉

int main()
{int x = 0, y = 1;//捕捉lambda表达式函数体的父作用域，即main函数作用域内的变量x和变量yauto f = [x, y]()mutable->void{int tmp = x;x = y;y = tmp;};f();cout << "x = " << x << endl;cout << "y = " << y << endl;return 0;
}

lambda表达式是一个仿函数对象，它的operator()函数是const的，也即函数体内不能修改成员，使用mutalbe可以取消const。lambda表达式不建议取消const特性。

可以看出x和y的值并没有交换，因为捕捉列表中的x和y是main函数中的x，y的拷贝，二者互不影响。

(2)引用捕捉

int main()
{int x = 0, y = 1;auto f = [&x, &y]()->void //不用加mutable，因为引用可以修改{int tmp = x;x = y;y = tmp;};f();cout << "x = " << x << endl;cout << "y = " << y << endl;return 0;
}

(3)全部传值捕捉

int main()
{int x = 0, y = 1;auto f = [=]()->void{cout << x << endl;cout << y << endl;};f();return 0;
}

如果lambda表达式在成员函数中，那么this指针也会捕捉过来 


class AA
{
public:void func(){auto f1 = [=]()->void{cout << _a;//this->_acout << _b;//this->_b};//这样写反而不行,因为_a和_b不在func作用域内/*auto f1 = [_a, _b]()->void{cout << _a;cout << _b;};*/}
private:int _a;int _b;
};

(4)全部引用捕捉

int main()
{int x = 0, y = 1;auto f = [&]()->void{cout << x << endl;cout << y << endl;};f();return 0;
}

同理，如果lambda表达式在成员函数中，this指针也会捕捉过来。 

 (5)混合捕捉


int main()
{int x = 0, y = 1;auto f1 = [&, x]()->void //传值捕捉x，其余全部引用捕捉，&或=必须在前{cout << x << endl;cout << y << endl;};auto f2 = [x, &y]()->void //传值捕捉x，引用捕捉y{cout << x << endl;cout << y << endl;};//auto f3 = [=, &]()->void  //不允许重复捕捉，因为使用时会有歧义//{//	cout << x << endl;//	cout << y << endl;//};return 0;
}

前文说到，捕捉列表中的东西实质上是匿名对象的成员，证明如下：

由结果可知，当捕捉父作用域的全部局部变量时，编译器并非憨憨地全部捕捉，而是看你在函数体内用到了哪些，没用到的就不捕获了。 

二.function包装器

1.function包装器用法

  1. function是一个类模版，在<functional>中。
  2. 不同的可调用对象虽然类型不同，但是却可能有相同的调用形式，即返回类型，参数类型相同。
  3. function包装器作用就是包装可调用对象，把调用形式相同的可调用对象的类型统一起来，便于书写它们的类型。
  4. function实际是一个类模版,实例化时的模版参数写可调用对象的调用形式，即返回值类型(参数类型列表)，如void(int, double)，这一点和普通模版不一样。
void swap_func(int& x, int& y)
{int tmp = x;x = y;y = x;cout << "函数指针" << endl;
}class Swap_func
{
public:void operator()(int& x, int& y){int tmp = x;x = y;y = x;cout << "仿函数对象" << endl;}
};
int main()
{int x = 1, y = 0;function<void(int&, int&)> f1 = swap_func;f1(x, y);auto lambda_swap_func = [](int& x, int& y)->void{int tmp = x;x = y;y = x;cout << "lambda表达式" << endl;};f1 = lambda_swap_func;f1(x, y);f1 = Swap_func();f1(x, y);return 0;
}

 

 将具有同种调用形式的可调用对象类型统一起来，下面这段代码能体现其用处：

map<string, function<void(int&, int&)>> cmdOP = {{"函数指针", swap_func},{"lambda表达式", lambda_swap_func},{"仿函数对象", Swap_func()}};//列表初始化cmdOP["函数指针"](x, y);cmdOP["lambda表达式"](x, y);cmdOP["仿函数对象"](x, y);

如果没有function包装器，map的第二个模版参数就只能用函数指针了，并且只能使用函数这一种可调用对象，缺乏灵活性。并且函数指针用起来很麻烦，这也是为什么C++仿函数被广泛应用的原因。

2.function包装器包装成员函数

(1)静态成员函数

class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};
int main()
{//包装静态成员函数function<int(int, int)> f1 = Plus::plusi;int ret = f1(1, 2);return 0;
}

与普通全局函数唯一不同的一点，就是要指明类域。

(2)非静态成员函数

function<double(double, double)> f2 = Plus::plusd;
//error C3867: “Plus::plusd”: 非标准语法；请使用 "&" 来创建指向成员的指针

非静态成员函数比较特殊，函数前还需加上取地址符号，一般情况下不管函数取不取地址，都代表函数地址，这里特殊情况记住就行。

function<double(double, double)> f2 = &Plus::plusd;
//error C2440: “初始化”: 无法从“double (__thiscall Plus::* )(double,double)”
//转换为“std::function<double (double,double)>”

还是有问题，因为成员函数都是隐式传了this指针的，不然函数体内就无法访问成员变量。

最终写法：

int main()
{double x = 1.1;double y = 2.2;function<double(Plus*, double, double)> f2 = &Plus::plusd;double ret = f2(&p, x, y);return 0;
}

还支持这样写：

function<double(Plus, double, double)> f2 = &Plus::plusd;
f2(Plus(), x, y);//传匿名对象

在底层上可以理解为前者是通过对象指针去调用plusd，后者通过对象调用plusd，二者是一样的。而且后者可以传匿名对象，更加方便。

但是，每次调用f2都好麻烦啊，需要传递对象或者对象指针。如果函数体内部根本不涉及成员变量的操作，也就是说第一个参数传什么根本不重要。有没有什么办法，每次自动传一个匿名对象，让我自己少传一个参数呢？有的，使用bind函数！！！

三.bind包装器

  1. bind是一个函数模版，在<functional>中
  2. 它的作用是包装可调用对象，返回一个新的可调用对象，以达到调整调用形式的目的，即参数个数及顺序

一般形式：auto newCallable = bind(callable, arg_list)  

callalbe是原来的可调用对象，newCallable是返回的新的可调用对象，arg_list是以逗号分隔的参数列表

 

1.改变参数顺序

int Sub(int x, int y)
{return x - y;
}
int main()
{//调整参数顺序auto f1 = bind(Sub, placeholders::_2, placeholders::_1);cout << f1(10, 5) << endl;return 0;
}

其中_n(n=1, 2, 3……)是“占位符”，表示新的可调用对象的参数，它定义在命名空间placeholders中。实际上，bind返回的newCallable封装了Callable，当我们调用newCallable时，newCallable会调用Callable，并传递给它arg_list中的参数。

2.改变参数个数

bind意为“绑定”，它真正的作用在于绑定某些参数，从而减少传参的个数。

int main()
{//调整参数个数auto lambda = [](int a, int b, int c)->void{cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;};function<void(int, int)> f = bind(lambda, placeholders::_1, 10, placeholders::_2);f(1, 100);
}

 

注意观察，bind返回的是一个可调用对象，当然可以用function包装。并且function的模版参数就是新的可调用对象的调用形式。 

同理，用function包装非静态成员函数时就可以使用bind来减少参数传递 

class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{function<double(double, double)> f = bind(&Plus::plusd, Plus(), placeholders::_1, placeholders::_2);double ret = f(1.1, 2.2);cout << ret << endl;
}

3.bind返回的可调用对象本质

可见，bind返回的可调用对象也是一个类的实例对象，这个类肯定封装了operator()。其实无论是lambda表达式，还是bind返回的对可调用象，都是用的仿函数技术，这不过外面做了一层精美的包装，使我们使用起来更加方便。

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