《C++探幽：仿函数与lambda表达式》

《C++探幽：仿函数与lambda表达式》

仿函数

1. 定义
   • 仿函数（Functor）是一种重载了函数调用运算符（operator()）的类的对象。它看起来像函数，但又具有对象的特性。本质上，仿函数是一个类，通过重载operator()来实现类似函数的行为。
2. 特点
   • 状态保存：仿函数可以有自己的成员变量，这意味着它可以保存状态。例如，在一个累加的仿函数中，可以保存当前的累加值。而普通的函数无法保存状态，每次调用都是独立的。
   • 类型安全：仿函数的参数类型和返回类型在类定义时就已经确定，这使得它在类型检查方面更加严格。编译器可以在编译时检查参数类型是否匹配，减少运行时错误。
   • 可定制性高：通过继承和修改仿函数类，可以很容易地扩展其功能。比如，可以继承一个基本的比较仿函数类，然后添加新的比较逻辑。
3. 使用场景
   • 算法库：在C++标准库的算法中，仿函数经常被用作参数。例如，在std::sort函数中，可以传入一个自定义的比较仿函数来指定排序规则。如果要对一个整数数组按照绝对值的大小进行排序，就可以定义一个仿函数来实现这种特殊的比较逻辑。
   • 事件处理：在一些事件驱动的程序中，可以使用仿函数来处理事件。例如，在图形用户界面（GUI）程序中，当用户点击按钮时，可以将一个仿函数绑定到按钮的点击事件上，这个仿函数可以包含处理按钮点击的逻辑，同时还可以保存一些与按钮相关的信息。

二、 lambda表达式

1. 定义

   Lambda表达式是一种匿名函数对象。它允许在代码中直接定义一个简单的函数，而不需要像定义普通函数那样写一个完整的函数声明和定义。Lambda表达式是从C++11标准开始引入的。

2. 语法结构

   一个典型的lambda表达式语法如下：

   • body（函数体）：包含要执行的代码。
   • return_type（返回类型）：在C++11中，返回类型是可选的，如果省略，编译器会根据函数体中的返回语句自动推导。从C++14开始，可以使用auto来让编译器自动推导返回类型。
   • parameters（参数列表）：和普通函数的参数列表类似，可以为空，也可以有多个参数。
   • capture（捕获列表）：用于捕获外部变量。捕获方式有值捕获（用[]表示，如[x]表示捕获变量x的值）和引用捕获（用[&]表示，如[&x]表示捕获变量x的引用）。还可以混合捕获，如[this, &x]表示捕获当前类的this指针和变量x的引用。
   • [capture](parameters)->return_type{body}

3. 特点

   • 简洁性：对于一些简单的函数逻辑，使用lambda表达式可以减少代码量。例如，在调用std::sort时，如果只是简单的比较逻辑，使用lambda表达式可以直接在调用处定义比较规则，而不需要单独定义一个仿函数类。
   • 局部性：lambda表达式定义在需要使用它的地方，这使得代码更加紧凑，逻辑更加清晰。它只在定义它的作用域内有效，不会像全局函数那样可能引起命名冲突。
   • 捕获变量：可以方便地捕获外部变量，这使得lambda表达式在处理一些需要使用外部变量的场景时非常方便。例如，在遍历一个容器并对每个元素进行操作时，可能需要使用外部的一些变量来控制操作的逻辑。

4. 使用场景

   • 标准库算法：和仿函数一样，lambda表达式也可以作为标准库算法的参数。例如，在std::for_each中，可以使用lambda表达式来对容器中的每个元素执行操作。如std::for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int &x){x *= 2;});，这个lambda表达式将容器vec中的每个整数元素乘以2。
   • 线程创建：在C++多线程编程中，可以使用lambda表达式来创建线程。例如，std::thread t([](){std::cout << "Hello from thread" << std::endl;});，这个lambda表达式定义了线程要执行的函数体，使得线程的创建和任务的定义更加简洁。