【C++】深入剖析C++中的lambda表达式包装器bind

一、lambda表达式

1、引入

2、lambda表达式

3、lambda表达式语法

4、lambda 的底层逻辑

二、包装器

1、包装器的表达式

2、实例化多份

3、可调用对象类型

4、实操例题

三、bind

1、bind 的表达式

2、调整参数的位置

3、绑定参数

一、lambda表达式

1、引入

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。

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：

首先直接将自定义类型放入sort里进行排序肯定是不行的，sort里的排序默认是根据int类型的大小进行比较的。所以这时如果想要对商品进行排序就需要使用仿函数。利用仿函数来进行比较。如果要更新比较规则就需要重新书写仿函数。

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。

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; });}

原本需要重写一个类，现在只要写一行类似表达式的东西就可以了。接下来我们就解析这行"表达式"。从上下面对比，这行"表达式"本质上就是一个匿名函数对象。

3、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，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。

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。

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

4、lambda 的底层逻辑

其实lambda表达式并不神奇，它底层就是仿函数。实际在底层编译器对应 lambda 表达式的处理上，可以像函数一样使用的对象。函数对象是如何处理的呢？就是定义一个类，类里重载了()运算符重载。然后利用这个类定义个对象，该对象可以像函数一样被调用。所以如果定义了一个lambda表达式，编译器就会自动生成一个类，并在这个类里重载()运算符。

注意：

a. 父作用域指包含 lambda 函数的语句块

b. 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

c. 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

d. 在块作用域以外的 lambda 函数捕捉列表必须为空。

e. 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。

f. 不同lambda函数的底层的创建的类名称是不一样的。所以 lambda 函数之间是不可以互相赋值的(不同类型，无法赋值)。

二、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。

可调用对象有三个：1.函数指针 2.函数对象 3.lambda函数

1、包装器的表达式

std::function在头文件<functional>// 类模板原型如下
template <class T> function;     
// undefinedtemplate <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

2、实例化多份

可调用对象存在多种，当我们写一个需要传可调用对象参数的类时，使用模板，当传不同的可调用对象时就会实例化出不同的类模板，造成模板使用效率低效。

我们会发现useF函数模板实例化了三份。
当我们使用包装器时，将可调用对象：函数指针，函数对象，lambda函数，都可以封装在包装器里。然后我们就可以统一调用不同的包装器(不同的包装器里包装着不同的可调用对象)。虽然是不同的包装器但是同一类型，所有最后只会实例化出一份。

3、可调用对象类型

想要将可调用对象存储到容器里，首先我们得需要知道它的类型，函数指针的类型实在是太麻烦了，而仿函数类型我们是可以知道，但lambda的类型我们是不知道的，所以难道容器里只能存储仿函数吗？不能存储lambda函数。

包装器就可以解决可调用对象的类型问题，它可以将函数指针，函数对象，lambda包装起来，并且这个包装的类型我们是知道的。那么我们就可以利用这个包装器将 lambda 包装起来，然后再存储这个包装器即可，这样 lambda 函数就被存储到容器里了。不仅是 lambda 函数被存储到容器里了，是所有的可调用对象都可以被存储到容器里了。

4、实操例题

【150】逆波兰表达式求值

给你一个字符串数组 tokens ，表示一个根据逆波兰表示法表示的算术表达式。

请你计算该表达式。返回一个表示表达式值的整数

【普通版本】

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

【包装器版本】

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;map<string,function<int(int,int)>> cmdOP={{"+",[](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;}},};for(auto& str:tokens){if(cmdOP.count(str)){int right=st.top();st.pop();int left=st.top();st.pop();st.push(cmdOP[str](left,right));}else{st.push(stoi(str));}}
return st.top();}
};

三、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。

1、bind 的表达式

// 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。

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