【C++】C++新增特性解析：Lambda表达式、包装器与绑定的应用
大家好，我是店小二。在这篇文章中，我们将深入探讨C++11的新特性——Lambda表达式、包装器与绑定的应用。如果在阅读过程中有不清楚的地方或发现任何错误，欢迎随时私信交流探讨。
🌈个人主页：是店小二呀
🌈C语言专栏：C语言
🌈C++专栏： C++
🌈初阶数据结构专栏： 初阶数据结构
🌈高阶数据结构专栏： 高阶数据结构
🌈Linux专栏： Linux
🌈喜欢的诗句:无人扶我青云志 我自踏雪至山巅
文章目录
一、lambda表达式
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 。
structGoods{ string _name;double _price;int _evaluate;Goods(constchar* str,double price,int evaluate):_name(str),_price(price),_evaluate(evaluate){}};structComparePriceLess{booloperator()(const Goods& gl,const Goods& gr){return gl._price < gr._price;}};structComparePriceGreater{booloperator()(const Goods& gl,const Goods& gr){return gl._price > gr._price;}};intmain(){ 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，上面的写法过于复杂，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 (本质也是匿名对象调用仿函数)
1.1 lambda表达式说明
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) (这个一般可以省略)->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。
1.2 可省略部分
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：[]{}表示lambda函数不能做任何事情
lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接被调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量。
intmain(){//lambdaauto add1 =[](int a,int b)->int{return a + b;};//返回值 可以省略auto add2 =[](int a,int b){return a + b;};//没有参数，参数列表可以省略auto func1 =[]{cout <<"hello world"<< endl;};//调用lambda匿名函数 cout <<add1(1,2)<< endl;func1();return0;}1.3 lambda使用场景(个人推荐使用第二种)
//第一种auto ComparePriceGreater =[](const Goods& gl,const Goods& gr){return gl._price > gr._price;});sort(v.begin(), v.end(),ComparePriceGreater);//第二种sort(v.begin(), v.end(),[](const Goods& gl,const Goods& gr){return gl._price > gr._price;});1.4 比较lambda和仿函数
功能：仿函数和 Lambda 表达式都能重新定义函数调用的行为，但是 Lambda 表达式更加灵活和直观，特别是在需要定义简短、一次性的函数时非常方便。语法：Lambda 表达式的语法更为紧凑，使得代码更易于阅读和维护，而仿函数则更适合于需要长期保存状态或多次调用的情况。使用场景：在现代 C++ 中，Lambda 表达式通常更受欢迎，因为它们简洁明了，且能够直接在需要时定义和使用，避免了定义额外的类或结构体。
上述代码就是使用C++11中lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数。既然是匿名函数lambda的类型也是不得而知的，但是我们可以通过cout << typeid().name << endl;参考下类型
1.5 lambda类型
Lambda 表达式在 C++ 中的类型可以有两种主要形式：*未命名类型和命名类型
1.5.1 未定义类型
当 Lambda 表达式没有被赋予一个变量或者没有作为参数传递给一个模板时，它们是未命名的，也就是没有特定的类型，对象的行为是函数体和函数参数决定的。未命名类型的 Lambda 表达式：auto lambda = [](int x){return x * 2;};
1.5.2 定义类型
当 Lambda 表达式被赋予一个变量或者被用作模板参数时，它们可以有一个具体的类型。命名类型的 Lambda 表达式:std::function<int(int)> lambda = [](int x) { return x * 2; };
lambda原理类似范围for。lambda编译时，编译器会生成对应仿函数的名称，对此lambda本质还是仿函数。
1.6 捕获列表
1.6.1 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
捕获列表注意：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
1.6.2 什么情况下捕捉列表必须为空？
如果一个lambda函数被定义在某个块作用域内，而它试图在这个块作用域外部（即在这个块结束后）使用，这时这个lambda函数的捕捉列表必须为空。原因是：
捕捉的变量作用域有限：在块作用域结束后，块作用域内的局部变量将不再存在。如果lambda函数捕捉了这些变量，并在块外部被调用，这会导致未定义行为，因为那些变量已经销毁了。捕捉列表为空：意味着lambda函数不依赖于块作用域中的任何局部变量，这样lambda函数就可以在块作用域结束后安全地使用。
块作用域：这是一个局部作用域，通常指在花括号 {} 中的代码块，比如函数体或循环体。
以上是相关捕获列表的相关知识，以下将通过代码进行分析，深入理解使用。
1.6.3 传值捕捉
第一种:捕获a，b对象给lambda，但是不可以修改捕获对象，因为这里捕获a，b对象是对外面域a，b对象的拷贝，临时对象具有常性。
intmain(){int a =10, b =20; cout <<"a: "<< a <<" "<<"b: "<< b << endl;auto swap =[a, b](){int tmp = a; a = b; b = tmp;};swap(); cout <<"a: "<< a <<" "<<"b: "<< b << endl;return0;}
1.6.4 mutable可以修改拷贝对象
mutable可以修改传值捕捉对象(日常一般不需要)，因为这里捕获a，b对象是对外面域a，b对象的拷贝，虽然修改也不改变外面的a b。
intmain(){int a =10, b =20; cout <<"a: "<< a <<" "<<"b: "<< b << endl;auto swap =[a, b]()mutable{int tmp = a; a = b; b = tmp;};swap(); cout <<"a: "<< a <<" "<<"b: "<< b << endl;return0;}
1.6.5 引用捕获
intmain(){int a =10, b =20; cout <<"a: "<< a <<" "<<"b: "<< b << endl;auto swap =[&a,&b](){int tmp = a; a = b; b = tmp;};swap(); cout <<"a: "<< a <<" "<<"b: "<< b << endl;return0;}
1.6.6 传值捕捉所有对象
intmain(){int a =1, b =2, c =3, d =4, e =5;// 传值捕捉所有对象auto func1 =[=](){return a + b + c * d;}; cout <<func1()<< endl;return0;}1.6.7 传引用捕捉所有对象
intmain(){int a =1, b =2, c =3, d =4, e =5;auto func =[&](){ a++; b++; c++; d++; e++;};func(); cout << a << b << c << d << e << endl;return0;}1.6.8 混合捕捉
auto func3 =[&, d, e](){ a++; b++; c++; d++; e++;};func3(); cout << a << b << c << d << e << endl;以上虽然有什么传值捕获、引用捕获、混合捕获，其实只要调用函数传值感觉差不多，这里重点是掌握用法就行了。
1.7 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。
classRate{public:Rate(double rate):_rate(rate){}doubleoperator()(double money,int year){return money * _rate * year;}private:double _rate;};intmain(){// 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);return0;}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()
二、包装器
//可调用对象 -- 使用了模板template<classF,classT> T useF(F f, T x){staticint count =0; cout <<"count:"<<++count << endl; cout <<"count:"<<&count << endl;returnf(x);};doublef(double i){return i /2;}structFunctor{doubleoperator()(double d){return d /3;}};intmain(){//函数名 cout <<useF(f,11.11)<< endl;//函数对象(这里是匿名对象) cout <<useF(Functor(),11.11)<< endl;//lambda表达式（利用模板） cout <<useF([](double d)->double{return d /4;},11.11)<< endl;return0;}通过模板根据不同的类型可以调用不同的可调用对象，比如函数指针、仿函数对象、lambda，如此繁多的选择也可能会导致模板效率低下。通过上面的程序验证，这里useF函数模板实例化了三份，而且对于不同的可调用对象也有存在于自己的缺点和优点，这里就需要包装器进行统一下了。
可调用对象优缺点分析:函数指针 --> 类型定义复杂仿函数对象 --> 要定义一个类，用的时候有点麻烦，不适合统一类型lambda --> 没有类型概念(类型对我们没有用)
1.1 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。std::function在头文件。
function类模板原型
template<classT> function;// undefindtemplate<classRet,class... Args>classfunction<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 function不是定义可调用对象，而是包装可调用对象
function<int(int,int)> fc1; ↑ ↑ 返回值类型 形参类型列表 1.2 function使用场景(对上面的修改)
#include<functional>template<classF,classT> T useF(F f, T x){staticint count =0; cout <<"count:"<<++count << endl; cout <<"count:"<<&count << endl;returnf(x);}doublef(double i){return i /2;}structFunctor{doubleoperator()(double d){return d /3;}};intmain(){// 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;return0;}通过以上代码，可以更好地去了解包装可调用对象，达到统一的作用。不妨在看一个场景。
主要是看红色框起来的地方跟左边代码对比，其实逻辑是大致相同，如果遇到操作符进行对应的运算，左边是通过switch分支语句实现，右边则是通过map的kv模型，将对于运算符(这里是字符)和包装器联系在一起，而包装器是对可调用对象进行包装，保证了不同的操作符对应不同仿函数的逻辑。然后下面返回仿函数直接调用就行了。将可调用函数跟数值联系起来并且存储在map类中。
三、bind绑定
3.1 bind概念
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<classFn,class... Args>/* unspecified */bind(Fn&& fn, Args&&... args);// with return type (2)template<classRet,classFn,class... Args>/* unspecified */bind(Fn&& fn, Args&&... args);可以将bind函数看作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
调用bind的一般形式:auto newCallable ==bind(callable,arg_list)；参数部分: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，neweCallable会调用callable，并传给它arg_list中的参数。
3.2 placeholders
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的参数的"位置"。数值n表示n生成的可调用对象中参数的位置: _1未newCallable的第一个参数， _2为第二个参数。以此类推。
std::placeholders::_1、std::placeholders::_2 等是 C++11 标准引入的占位符，用于绑定函数对象时表示参数的位置。它们依次表示函数的第一个、第二个、第三个参数，以此类推。
std::bind 这里绑定了 fx 函数的第一个参数 s 为字符串 name（即“王昭君”），并将第二个参数和第三个参数的位置分别用 _1 和 _2 来占位。这意味着生成的 f 是一个新的可调用对象，它接受两个参数，分别用于 fx 的第二个参数 x 和第三个参数 y。
std::placeholders::_1 和 _2 指定了新函数对象 f 的参数传递到原函数 fx 的对应位置，分别表示第二个和第三个参数位置。
以上就是本篇文章的所有内容，在此感谢大家的观看！这里是店小二呀C++笔记，希望对你在学习C++语言旅途中有所帮助！
