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C++11新增特性：lambda表达式、function包装器、bind绑定

news 2024/9/25 3:26:52

一、lambda表达式

1）、为啥需要引入lambda？

在c++98中，我们使用sort对一段自定义类型进行排序的时候，每次都需要传一个仿函数，即手写一个完整的类。甚至有时需要同时实现排升序和降序，就需要各自手写一个类，非常不方便！所以C++11引入了lambda表达式！
lamaba是一个匿名函数对象，是一个可调用对象，表达式本质上也是一个类（vs中类名为lambda_uuid）,并实现了operator()。

【C98玩法】：

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());
}

【C++11 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; });
}

2）、lambda表达式语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

capture-list（捕捉列表）：编译器根据[ ]来判断接下来的代码是否为lambda函数，[ ]可以捕捉父作用域的变量供lambda函数使用。
parameters（列表参数）：和普通函数列表参数一样。如果没用，可以连同()一起省略。
mutable 默认情况下lambda是一个const函数（实际上是用于修饰operator()的），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)。
return-type：用于声明返回值类型。如果没用返回值可以省略；即使有返回值也可以省略，由编译器自动推导！
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。

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。

3）、capture-list（捕捉列表）细节

捕捉列表用于捕捉父作用域中变量供lambda函数使用，捕捉方分为以下几种：

[var]：表示值传递方式捕捉变量var。
[=]：表示传值方式捕捉父作用域中的所有变量(包括this)。
[&var]：表示引用传递方式捕捉变量var。
[&]：表示引用方式捕捉父作用域中的所有变量(包括this)。
[this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

除此之外，捕捉列表可以由多个捕捉项组成，以逗号分割。比如：

[=, &a, &b]:除引用捕捉a、b外，其他父作用域变量传值捕捉！
[&, a, this]:值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量。

并且捕捉列表不能重复变量传递，否则会导致编译错误。比如：[=, a]:a变量传递了两次。lambda表达式之间不能相互赋值，即使类型相同，但编译后类名都变为了lambda_uuid），类名不相同！

4）、函数对象与lambda表达式

函数对象又称仿函数，既可以像普通函数一样使用（在类中重载operator()）。而lambda本质上一个一个函数对象，在编译后会转化成一个仿函数，并对operator()进行重载！

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;
}

【反汇编结果】：
在这里插入图片描述

二、function包装器

1）、包装器由来

function包装器也叫作适配器，包装的是可调用对象。C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器。
在C++中有3种可调用对象：函数指针、仿函数、lambda！但我们发现想要获得他们的都存在一些缺陷：函数指针非常麻烦，类型和对象嵌在一起；仿函数很重，即使是一个很简单的比较逻辑也要在外面定义一个类；lambda没法写类型，不同的机器和时间uuid不同，并且相对匿名（当然decltype可以获的）

除此在外，众多的可调用对象类型会导致模板的效率低下! 原因在于假设现在存在一个函数模板，我需要将一个可调用对象作为模板参数进行传递来达到某种目的。但众多的可调用对象可能实现的是同一个功能，但分别传递给模板后需要实例化3份，导致模板效率降低！！所以包装器对可调用对象进行了统一！

【实例】：

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){ return d / 4; }, 11.11) << endl;return 0;
}

2)、包装器原型

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

即现在存在一个包装器为：function<int(int, int)>，该包装器将所有的参数为2个int，返回值为int的所有可调用对象进行统一，认为是一个类型！！

3)、使用

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){return d;};cout << useF(func3, 11.11) << endl;return 0;
}

4）、面试题

150. 逆波兰表达式求值
在这里插入图片描述

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

三、bind绑定

bind也是一个函数模板，可以接收一个可调用对象，并返回一个新的可调用对象，用于调整参数的个数和顺序！！

// 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);

调用bind的一般形式：auto newCallable = bind(callable,arg_list);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。

1）普通绑定用法

【实例】：

int Sub(int a, int b)
{return a - b;
}int main()
{std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Plus, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);std::cout << func1(10, 2) << std::endl;
}

g.cn/direct/08ddd54d0cc649cba0b6d963bd07d864.png)

bind函数中，_1和_2都是占位符。当执行func1(10, 2)函数时，参数10和2会被作为参数传递给Plus函数。其中std::placeholders::_1表示func1第一个参数的位置， std::placeholders::_2表示第二个参数所在位置！

2）、改变参数位置

既然_1和_2是占位符，所以仅需改变两者位置，所以func函数传递给Plus的参数即可转换。具体结果如下：

int Sub(int a, int b)
{return a - b;
}int main()
{std::function<int(int, int)> func1 = std::bind(Sub, std::placeholders::_2, std::placeholders::_1);std::cout << func1(10, 2) << std::endl;
}

在这里插入图片描述

3）改变参数的个数

我们在类外调用一个类成员函数，调用成员函数时第一个参数为该对象的指针。但每次我们手动传递的时候非常麻烦。所以我们可以通过bind()将第一个参数进行绑死，改变参数个数。具体如下：

class Plus
{
public:static int Plusi(int x, int y){return x + y;}double Plusd(double x, double y){return x + y;}
};
int main()
{Plus ps;// 正常情况下，第一个参数this指针需要手动传递， 麻烦std::function<double(Plus*, double, double)> func1 = &Plus::Plusd;std::cout << func1(&ps, 10.1, 20.2) << std::endl;// 将第一个参数绑死为Plus*， std::function<double(double, double)> func2 = std::bind(&Plus::Plusd,&ps, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);std::cout << func2(10.1, 20.2) << std::endl;// 将第一个参数和第三个参数绑死std::function<double(double)> func3 = std::bind(&Plus::Plusd, &ps, std::placeholders::_1, 1.1);std::cout << func3(10.1) << std::endl;// 所有参数直接全部绑死， 注意此处博主绑定的是静态函数auto func4 = std::bind(&Plus::Plusi, 10, 10);std::cout << func4() << std::endl;//绑定时，第一个参数因为指针，但编译器做了特殊处理，可以绑定临时对象std::function<double(double, double)> func5 = std::bind(&Plus::Plusd, Plus(), std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);std::cout << func5(1.1, 2.2) << std::endl;
}