C++ function、bind以及lamda表达式_c++function表达式

最新推荐文章于 2025-04-15 20:44:49 发布

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文章标签： c++ 开发语言

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本文是C++0x系列的第四篇，主要是内容是C++0x中新增的lambda表达式, function对象和bind机制。之所以把这三块放在一起讲，是因为这三块之间有着非常密切的关系，通过对比学习，加深对这部分内容的理解。在开始之间，首先要讲一个概念，closure（闭包），这个概念是理解lambda的基础。下面我们来看看wikipedia上对于计算机领域的closure的定义：

A closure (also lexical closure, function closure or function value) is a function together with
a referencing environment for the non-local variables of that function.

上面的大义是说，closure是一个函数和它所引用的非本地变量的上下文环境的集合。从定义我们可以得知，closure可以访问在它定义范围之外的变量，也即上面提到的non-local vriables，这就大大增加了它的功力。关于closure的最重要的应用就是回调函数，这也是为什么这里把function, bind和lambda放在一起讲的主要原因，它们三者在使用回调函数的过程中各显神通。下面就为大家一步步接开这三者的神秘面纱。

1. function 我们知道，在C++中，可调用实体主要包括函数，函数指针，函数引用，可以隐式转换为函数指定的对象，或者实现了opetator()的对象（即C++98中的functor)。C++0x中，新增加了一个std::function对象，std::function对象是对C++中现有的可调用实体的一种类型安全的包裹（我们知道像函数指针这类可调用实体，是类型不安全的）。我们来看几个关于function对象的例子：

#include < functional>
 
std::function< size\_t(const char\*)> print\_func;
 
/// normal function -> std::function object
size\_t CPrint(const char\*) { ... }
print\_func = CPrint;
print\_func("hello world"):
 
/// functor -> std::function object
class CxxPrint
{
public:
 size\_t operator()(const char\*) { ... }
};
CxxPrint p;
print\_func = p;
print\_func("hello world");

在上面的例子中，我们把一个普通的函数和一个functor赋值给了一个std::function对象，然后我们通过该对象来调用。其它的C++中的可调用实体都可以像上面一样来使用。通过std::function的包裹，我们可以像传递普通的对象一样来传递可调用实体，这样就很好解决了类型安全的问题。了解了std::function的基本用法，下面我们来看一些使用过程中的注意事项：

+ （1）关于可调用实体转换为std::function对象需要遵守以下两条原则：  
 a. 转换后的std::function对象的参数能转换为可调用实体的参数  
 b. 可高用实体的返回值能转换为std::function对象的（这里注意一下，所有的可调用实体的返回值都与返回void的std::function对象的返回值兼容）。
+ （2）std::function对象可以refer to满足（1）中条件的任意可调用实体
+ （3）std::function object最大的用处就是在实现函数回调，使用者需要注意，它不能被用来检查相等或者不相等

2. bind bind是这样一种机制，它可以预先把指定可调用实体的某些参数绑定到已有的变量，产生一个新的可调用实体，这种机制在回调函数的使用过程中也颇为有用。C++98中，有两个函数bind1st和bind2nd，它们分别可以用来绑定functor的第一个和第二个参数，它们都是只可以绑定一个参数。各种限制，使得bind1st和bind2nd的可用性大大降低。C++0x中，提供了std::bind，它绑定的参数的个数不受限制，绑定的具体哪些参数也不受限制，由用户指定，这个bind才是真正意义上的绑定，有了它，bind1st和bind2nd就没啥用武之地了，因此C++0x中不推荐使用bind1st和bind2nd了，都是deprecated了。下面我们通过例子，来看看bind的用法：

#include < functional>
 
int Func(int x, int y);
auto bf1 = std::bind(Func, 10, std::placeholders::\_1);
bf1(20); ///< same as Func(10, 20)
 
class A
{
public:
 int Func(int x, int y);
};
 
A a;
auto bf2 = std::bind(&A::Func, a, std::placeholders::\_1, std::placeholders::\_2);
bf2(10, 20); ///< same as a.Func(10, 20)
 
std::function< int(int)> bf3 = std::bind(&A::Func, a, std::placeholders::\_1, 100);
bf3(10); ///< same as a.Func(10, 100)

上面的例子中，bf1是把一个两个参数普通函数的第一个参数绑定为10，生成了一个新的一个参数的可调用实体体; bf2是把一个类成员函数绑定了类对象，生成了一个像普通函数一样的新的可调用实体; bf3是把类成员函数绑定了类对象和第二个参数，生成了一个新的std::function对象。看懂了上面的例子，下面我们来说说使用bind需要注意的一些事项：

+ （1）bind预先绑定的参数需要传具体的变量或值进去，对于预先绑定的参数，是pass-by-value的
+ （2）对于不事先绑定的参数，需要传std::placeholders进去，从\_1开始，依次递增。placeholder是pass-by-reference的
+ （3）bind的返回值是可调用实体，可以直接赋给std::function对象
+ （4）对于绑定的指针、引用类型的参数，使用者需要保证在可调用实体调用之前，这些参数是可用的
+ （5）类的this可以通过对象或者指针来绑定

3. lambda 讲完了function和bind, 下面我们来看lambda。有python基础的朋友，相信对于lambda不会陌生。看到这里的朋友，请再回忆一下前面讲的closure的概念，lambda就是用来实现closure的东东。它的最大用途也是在回调函数，它和前面讲的function和bind有着千丝万缕的关系。下面我们先通过例子来看看lambda的庐山真面目：

vector< int> vec;
/// 1. simple lambda
auto it = std::find\_if(vec.begin(), vec.end(), [](int i) { return i > 50; });
class A
{
public:
 bool operator(int i) const { return i > 50; }
};
auto it = std::find\_if(vec.begin(), vec.end(), A());
 
/// 2. lambda return syntax
std::function< int(int)> square = [](int i) -> int { return i \* i; }
 
/// 3. lambda expr: capture of local variable
{
 int min\_val = 10;
 int max\_val = 1000;
 
 auto it = std::find\_if(vec.begin(), vec.end(), [=](int i) {
 return i > min\_val && i < max\_val; 
 });
 
 auto it = std::find\_if(vec.begin(), vec.end(), [&](int i) {
 return i > min\_val && i < max\_val;
 });