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1. lambda表达式
1.1 C++98中的一个例子
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 <algorithm>
#include <functional>
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;
}
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：
#include<iostream>
using namespace std;
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <string>
#include <vector>
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。
1.2 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 } };
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){
return g1._price < g2._price; });
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
return g1._price > g2._price; });
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {
return g1._evaluate < g2._evaluate; });
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。
1.3 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，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：
int main()
{
//局部的匿名函数对象----简单的add函数
auto add = [](int a,int b)->int{return a+b};
cout<<add( 1 , 2 )<<endl;
// 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int
int 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; }; //这里捕捉的是等于号也就是全局的变量，&b就是给b取别名便于给b进行修改操作
cout << fun2(10) << endl; //--- b = b(13) + a(3) + c(10) ---输出为26
// 复制捕捉x
int x = 10;
auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
cout << add_x(10) << 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。
1.4. 捕获列表说明
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。
- 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误。
- 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或者非局部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
void (*PF)();
int main()
{
auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };
// 此处先不解释原因，等lambda表达式底层实现原理看完后，大家就清楚了
//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;
}
1.5 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，就是在类中重载了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);
// lamber
auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;
};
r2(10000, 2);
return 0;
}
从使用方式上来看，仿函数与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()。
2.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。
那么我们来看看，我们为什么需要function呢？
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？函数对象(仿函数对象)？也有可能是lamber表达式对象？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
cout << useF(f, 11.11) << endl;
// 函数对象
cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;
// lamber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。
包装器可以很好的解决上面的问题
std::function在头文件<functional>
// 类模板原型如下
template <class T> function; // undefined
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
以下为包装器使用实例：
// 使用方法如下：
#include <functional>
int f(int a, int b)
{
return a + b;
}
struct Functor
{
public:
int operator() (int a, int b)
{
return a + b;
}
};
class Plus
{
public:
static int plusi(int a, int b)
{
return a + b;
}
double plusd(double a, double b)
{
return a + b;
}
};
int main()
{
// 函数名(函数指针)
std::function<int(int, int)> func1 = f;
cout << func1(1, 2) << endl;
// 函数对象
std::function<int(int, int)> func2 = Functor();
cout << func2(1, 2) << endl;
// lamber表达式
std::function<int(int, int)> func3 = [](const int a, const int b)
{return a + b; };
cout << func3(1, 2) << endl;
// 类的成员函数
std::function<int(int, int)> func4 = &Plus::plusi;
cout << func4(1, 2) << endl;
std::function<double(Plus, double, double)> func5 = &Plus::plusd;
cout << func5(Plus(), 1.1, 2.2) << endl;
return 0;
}
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 <functional>
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
std::function<double(double)> func1 = f;
cout << useF(func1, 11.11) << endl;
// 函数对象
std::function<double(double)> func2 = Functor();
cout << useF(func2, 11.11) << endl;
// lamber表达式
std::function<double(double)> func3 = [](double d)->double { return d /4; };
cout << useF(func3, 11.11) << endl;
return 0;
}
2.1 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。
// 原型如下：
template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);
// with return type (2)
template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind (Fn&& fn, Args&&... args);
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。
- 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
在C++11标准中，bind是一个非常实用的函数模板，它允许我们将函数和函数的参数绑定到一起，生成一个新的可调用对象。这个新的可调用对象可以在后续的代码中被多次调用，而不需要再次绑定函数和参数。
bind的语法如下：
#include <functional>
std::bind(函数名, 参数列表)
void f(int a, int b, int c) {
std::cout << a << " " << b << " " << c << std::endl;
}
auto g = std::bind(f, 1, 2, std::placeholders::_1);
g(3);
下面是一个使用实例
#include <functional>
int Plus(int a, int b)
{
return a + b;
}
class Sub
{
public:
int sub(int a, int b)
{
return a - b;
}
};
int main()
{
//表示绑定函数plus 参数分别由调用 func1 的第一，二个参数指定
std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1,placeholders::_2);
//auto func1 = std::bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);
//func2的类型为 function<void(int, int, int)> 与func1类型一样
//表示绑定函数 plus 的第一，二为： 1， 2
auto func2 = std::bind(Plus, 1, 2);
cout << func1(1, 2) << endl;
cout << func2() << endl;
Sub s;
// 绑定成员函数
std::function<int(int, int)> func3 = std::bind(&Sub::sub, s,
placeholders::_1, placeholders::_2);
// 参数调换顺序
std::function<int(int, int)> func4 = std::bind(&Sub::sub, s,
placeholders::_2, placeholders::_1);
cout << func3(1, 2) << endl;
cout << func4(1, 2) << endl;
return 0;
}