C++11—— lambda表达式与包装器

---

---

一、 lambda表达式

lambda表达式产生的意义

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用库中提供的sort接口

sort()的前两个参数是迭代器的begin与end，而第三个参数就是比较规则函数
如果不手动传比较规则，则默认从小到大比较（仅仅对于内置类型）

int main()
{int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };// 默认按照小于比较，排出来结果是升序std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());return 0;
}

但如果是自定义类型的排序，我们就需要自定义排序规则了

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());
}

其中上述例子中的ComparePriceLess与ComparePriceGreater是一个仿函数

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algorithm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表达式语法

lambda表达式实际是一个匿名函数
lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}

1. 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，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

2. 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)
[&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)
[this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

注意：

1. 父作用域指包含lambda函数的语句块
2. 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，引用方式捕捉其他变量
3. 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
4. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空
5. 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或者非局部变量都会导致编译报错
6. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同

int main()
{// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义[] {};// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为intint a = 3, b = 4;[=] {return a + 3; };// 省略了返回值类型，无返回值类型auto fun1 = [&](int c) {b = a + c; };fun1(10);cout << a << " " << b << endl;// 各部分都很完善的lambda函数auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };cout << fun2(10) << endl;// 复制捕捉xint x = 10;auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };cout << add_x(10) << endl;return 0;
}

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

虽然lambda表达式之间不能相互赋值，但允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本，也可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针

void (*PF)();
int main()
{auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };//f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=()//原因是lambda的本质是仿函数，和范围for的本质是迭代器一样// 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;
}

函数对象与lambda表达式

函数对象，又称为仿函数，即可以想函数一样使用的对象，就是在类中重载operator()运算符的类对象

class Rate
{
public:Rate(double rate) : _rate(rate){}double operator()(double money, int year){return money * _rate * year;}
private:double _rate;
};int main()
{// 函数对象double rate = 0.49;Rate r1(rate);r1(10000, 2);// lamberauto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;};r2(10000, 2);return 0;
}

从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样
函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到

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()，和范围for的本质是迭代器一样

二、 包装器

function

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

function产生的意义

先看一段代码

template <class F, class T>
void func(F fun, T val)
{static int cnt = 1;cout << "cnt: " << cnt++ << endl;cout << "&cnt: " << &cnt << endl;
}int f1(int x)
{return x * 2;
}struct f2
{int operator()(int x){return x * 2;}
};int main()
{// 函数名func(f1, 2);// 仿函数对象func(f2(), 2);// lambda表达式func([](int x)->int { return x * 2; }, 2);return 0;
}

上例中，如果以三种不同的方式调用func函数，func函数就会被实例化成三份
这样就造成了效率的降低，而function可以完美解决问题

function的用法

int f1(int x)
{return x * 2;
}struct f2
{int operator()(int x){return x * 2;}
};class f3
{
public:static int muli(int x){return x * 2;}double muld(double x){return x * 2;}
};int main()
{// 普通函数function<int(int)> fun1(f1);cout << fun1(2) << endl;// 仿函数function<int(int)> fun2;fun2 = f2();cout << fun2(2) << endl;// lambda表达式function<int(int)> fun3;fun3 = [](int x)->int {return 2 * x; };cout << fun3(2) << endl;// 静态成员函数指针1function<int(int)> fun41 = &f3::muli;cout << fun41(2) << endl;// 静态成员函数指针2function<int(int)> fun42 = f3::muli;cout << fun42(2) << endl;// 非静态成员函数指针function<int(f3/*this指针*/, int)> fun5 = &f3::muld;cout << fun5(f3(), 2) << endl;//非静态成员函数指针，用lambda表达式取到成员函数地址f3 ff;function<int(int)> fun6 = [&ff](int x)->double {return ff.muld(x); };return 0;

这里要注意类成员函数的调用方法：
对于静态成员函数，因为没有this指针，所以正常调用，后面也可以不加&

对于非静态成员函数，因为含有this指针，而this指针不能显示传递，所以要传递对象，必须加&（此处是语法要求）

当然也可以不在()内部加上对象，可以使用lambda表达式中的[]捕获，与上例中的fun6

我们验证使用function后函数func实例化的份数

template <class F, class T>
T func(F fun, T val)
{static int cnt = 1;cout << "cnt: " << cnt << endl;cout << "&cnt: " << &cnt << endl;return fun(val);
}int f1(int x)
{return x * 2;
}struct f2
{int operator()(int x){return x * 2;}
};class f3
{
public:static int muli(int x){return x * 2;}double muld(double x){return x * 2;}
};int main()
{// 函数名func(function<int(int)>(f1), 2);// 仿函数对象f2 ff;func(function<int(int)>(ff), 2);// lambda表达式func(function<int(int)>([](int x)->int {return x * 2; }), 2);return 0;
}

可以发现此时func只实例化了一份

function使用的例子

题目链接：逆波兰表达式求值
传统写法：

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;for(auto& str : tokens){   if(str == "+" || str == "-" || str == "*" || str == "/"){int r = st.top();st.pop();int l = st.top();st.pop();switch(str[0]){case '+':st.push(l+r);break;case '-':st.push(l-r);break;case '*':st.push(l*r);break;case '/':st.push(l/r);break;}}else{st.push(stoi(str));}}return st.top();}
};

使用function写法：

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;map<string, function<int(int, int)>> hash = {{"+", [](int x, int y)->int{return x + y;}},{"-", [](int x, int y)->int{return x - y;}},{"*", [](int x, int y)->int{return x * y;}},{"/", [](int x, int y)->int{return x / y;}},};for(auto& e : tokens){if(hash.find(e) != hash.end()){int right = st.top();st.pop();int left = st.top();st.pop();st.push(hash[e](left, right));}else{st.push(stoi(e));}}return st.top();}
};

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f(n)，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

调整参数顺序

int Plus(int a, int b)
{return a - b;
}int main()
{function<int(int, int)> fun1 = bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);cout << fun1(1, 2) << endl;function<int(int, int)> fun2 = bind(Plus, placeholders::_2, placeholders::_1);cout << fun2(1, 2) << endl;return 0;
}

此时fun1与fun2的结果如下

固定绑定参数

class fun
{
public:static int muli(int x){return x * 2;}double muld(double x){return x * 2;}
};int main()
{// 非静态成员函数指针function<int(fun/*this指针*/, int)> fun1 = &fun::muld;cout << fun1(fun(), 2) << endl;return 0;
}

这是上文中function的例子，当我们需要调用非静态成员函数指针时候，由于非静态成员函数自带*this指针，每次传参都要将函数对象传入，而bind可以固定某个参数为一个固定值，我们可以将第一个参数固定为fun对象

class fun
{
public:static int muli(int x){return x * 2;}double muld(double x){return x * 2;}
};int main()
{// 非静态成员函数指针function<int(fun/*this指针*/, int)> fun1 = &fun::muld;cout << fun1(fun(), 2) << endl;// 绑定参数function<int(int)> fun2 = bind(&fun::muld, fun(), std::placeholders::_1);cout << fun2(2) << endl;return 0;
}

此时bind固定了fun2的第一个参数，使其第一个参数默认就是fun类型的对象

---