C++11—— lambda表达式与包装器
文章目录
- C++11—— lambda表达式与包装器
- 一、 lambda表达式
- lambda表达式产生的意义
- lambda表达式语法
- 函数对象与lambda表达式
- 二、 包装器
- function
- function产生的意义
- function的用法
- function使用的例子
- bind
- 调整参数顺序
- 固定绑定参数
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}
- 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
- 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：
- 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,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
- 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
- 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
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; };
cout << fun2(10) << endl;
// 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;
}
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);
// 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，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1
function<int(int)> fun41 = &f3::muli;
cout << fun41(2) << endl;
// 静态成员函数指针2
function<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
