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7. lambda

7.1 lambda表达式语法

• lambda 表达式本质是一个匿名函数对象，跟普通函数不同的是他可以定义在函数内部。lambda 表达式语法使用层而言没有类型，所以我们一般是用auto或者模板参数定义的对象去接收 lambda 对象。
• lambda表达式的格式： [capture-list] (parameters)-> return type { function boby }
• [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，捕捉列表可以传值和传引用捕捉，具体细节7.2中我们再细讲。捕捉列表为空也不能省略。
• (parameters) ：参数列表，与普通函数的参数列表功能类似，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略
• ->return type ：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。一般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。
• {function boby} ：函数体，函数体内的实现跟普通函数完全类似，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，函数体为空也不能省略。

int main()
{// 一个简单的lambda表达式auto add1 = [](int x, int y)->int {return x + y; };cout << add1(1, 2) << endl;// 1、捕捉为空也不能省略// 2、参数为空可以省略// 3、返回值可以省略，可以通过返回对象自动推导// 4、函数题不能省略auto func1 = [] {cout << "hello bit" << endl;return 0;};func1();int a = 0, b = 1; auto swap1 = [](int& x, int& y){int tmp = x;x = y;y = tmp;};swap1(a, b);cout << a << ":" << b << endl;return 0;
}

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7.2 捕捉列表

• lambda 表达式中默认只能用 lambda 函数体和参数中的变量，如果想用外层作用域中的变量就需要进行捕捉
• 第一种捕捉方式是在捕捉列表中显示的传值捕捉和传引用捕捉，捕捉的多个变量用逗号分割。[x，y， &z] 表示x和y值捕捉，z引用捕捉。
• 第二种捕捉方式是在捕捉列表中隐式捕捉，我们在捕捉列表写一个=表示隐式值捕捉，在捕捉列表写一个&表示隐式引用捕捉，这样我们 lambda 表达式中用了那些变量，编译器就会自动捕捉那些变量。
• 第三种捕捉方式是在捕捉列表中混合使用隐式捕捉和显示捕捉。[=, &x]表示其他变量隐式值捕捉，x引用捕捉；[&, x, y]表示其他变量引用捕捉，x和y值捕捉。当使用混合捕捉时，第一个元素必须是&或=，并且&混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是值捕捉，同理=混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是引用捕捉。
• lambda 表达式如果在函数局部域中，他可以捕捉 lambda 位置之前定义的变量，不能捕捉静态局部变量和全局变量，静态局部变量和全局变量也不需要捕捉， lambda 表达式中可以直接使用。这也意味着 lambda 表达式如果定义在全局位置，捕捉列表必须为空。
• 默认情况下， lambda 捕捉列表是被const修饰的，也就是说传值捕捉的过来的对象不能修改，mutable加在参数列表的后面可以取消其常量性，也就说使用该修饰符后，传值捕捉的对象就可以修改了，但是修改还是形参对象，不会影响实参。使用该修饰符后，参数列表不可省略(即使参数为空)。

int x = 0;
// 捕捉列表必须为空，因为全局变量不用捕捉就可以用，没有可被捕捉的变量
auto func1 = []()
{x++;
};
int main()
{// 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3;auto func1 = [a, &b]{// 值捕捉的变量不能修改，引用捕捉的变量可以修改//a++;b++;int ret = a + b;return ret;};cout << func1() << endl;// 隐式值捕捉// 用了哪些变量就捕捉哪些变量auto func2 = [=]{int ret = a + b + c;return ret;};cout << func2() << endl;// 隐式引用捕捉// 用了哪些变量就捕捉哪些变量auto func3 = [&]{a++;c++;d++;};func3();cout << a <<" "<< b <<" "<< c <<" "<< d <<endl;// 混合捕捉1auto func4 = [&, a, b]{//a++;//b++;c++;d++;return a + b + c + d;};func4();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;// 混合捕捉1auto func5 = [=, &a, &b]{a++;b++;/*c++;d++;*/return a + b + c + d;};func5();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;// 局部的静态和全局变量不能捕捉，也不需要捕捉static int m = 0;auto func6 = []{int ret = x + m;return ret;};// 传值捕捉本质是一种拷贝,并且被const修饰了// mutable相当于去掉const属性，可以修改了// 但是修改了不会影响外面被捕捉的值，因为是一种拷贝auto func7 = [=]()mutable{a++;b++;c++;d++;return a + b + c + d;};cout << func7() << endl;cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;return 0;
}

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7.3 lambda的应用

• 在学习 lambda 表达式之前，我们的使用的可调用对象只有函数指针和仿函数对象，函数指针的类型定义起来比较麻烦，仿函数要定义一个类，相对会比较麻烦。使用 lambda 去定义可调用对象，既简单又方便。
• lambda 在很多其他地方用起来也很好用。比如线程中定义线程的执行函数逻辑，智能指针中定制删除器等， lambda 的应用还是很广泛的，以后我们会不断接触到。

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 } };// 类似这样的场景，我们实现仿函数对象或者函数指针支持商品中// 不同项的比较，相对还是比较麻烦的，那么这里lambda就很好用了// 1. 传统方式:使用仿函数进行排序sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());     // 按价格升序sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());  // 按价格降序// 2. 使用lambda表达式进行排序// 按价格升序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price;  // 比较商品价格});// 按价格降序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price > g2._price;  // 比较商品价格});// 按评价分数升序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate < g2._evaluate;  // 比较商品评分});// 按评价分数降序sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._evaluate > g2._evaluate;  // 比较商品评分});return 0;
}

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7.4 lambda的原理

• lambda 的原理和范围for很像，编译后从汇编指令层的角度看，压根就没有 lambda 和范围for这样的东西。范围for底层是迭代器，而lambda底层是仿函数对象，也就说我们写了一个lambda 以后，编译器会生成一个对应的仿函数的类。
• 仿函数的类名是编译按一定规则生成的，保证不同的 lambda 生成的类名不同，lambda参数/返回类型/函数体就是仿函数operator()的参数/返回类型/函数体， lambda 的捕捉列表本质是生成的仿函数类的成员变量，也就是说捕捉列表的变量都是 lambda 类构造函数的实参，当然隐式捕捉，编译器要看使用哪些就传那些对象。
• 上面的原理，我们也可以透过汇编层了解。

代码1：

// 仿函数类的定义
class Rate
{
public:// 构造函数，初始化利率Rate(double rate) : _rate(rate){}// 重载函数调用运算符，计算利息// 参数：money-本金，year-年限double operator()(double money, int year){return money * _rate * year;  // 利息 = 本金 * 利率 * 年限}
private:double _rate;  // 利率
};int main()
{double rate = 0.49;  // 设定利率// 方式1：使用lambda表达式创建函数对象// 捕获外部变量rate，接收money和year两个参数auto r2 = [rate](double money, int year) {return money * rate * year;  // 计算方式与Rate类相同};// 方式2：使用仿函数类创建对象Rate r1(rate);  // 调用两种方式计算利息r1(10000, 2);   // 使用仿函数对象计算：10000 * 0.49 * 2r2(10000, 2);   // 使用lambda表达式计算：10000 * 0.49 * 2// 无参数的lambda表达式示例auto func1 = [] {cout << "hello world" << endl;};func1();  // 调用lambda表达式return 0;
}

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8. 包装器

为什么要有包装器？

ret = func(x);  // func 可以是多种可调用类型// 1. 可能的类型包括：
// a. 函数名/函数指针
double func(double x) { return x * 2; }// b. 函数对象（仿函数）
struct Func {double operator()(double x) { return x * 2; }
};// c. lambda 表达式
auto func = [](double x) { return x * 2; };// 2. 这导致模板会为每种类型生成不同的实例化代码
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;  // 每个模板实例都有独立的 static 变量cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;  // 不同地址说明是不同的实例return f(x);
}int main()
{// 每次使用不同类型的可调用对象都会生成新的模板实例useF(f, 11.11);                    // 实例1：函数指针版本useF(Functor(), 11.11);            // 实例2：函数对象版本useF([](double d){ return d/4; }, 11.11);  // 实例3：lambda版本
}

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8.1 function

// 1. 一般声明，未定义
template <class T>
class function;  // 主模板，故意不定义，只是声明// 2. 特化声明
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;  // 函数类型的特化版本

• std::function 是一个类模板，也是一个包装器。 std::function 的实例对象可以包装存储其他的可以调用对象，包括函数指针、仿函数、 lambda 、 bind 表达式等，存储的可调用对象被称为 std::function 的目标。若 std::function 不含目标，则称它为空。调用空 std::function 的目标导致抛出std::bad_function_call 异常。
• 以上是 function 的原型，他被定义<functional>头文件中。std::function - cppreference.com是function的官方文件链接。
• 函数指针、仿函数、 lambda 等可调用对象的类型各不相同， std::function 的优势就是统一类型，对他们都可以进行包装，这样在很多地方就方便声明可调用对象的类型，下面的第二个代码样例展示了 std::function 作为map的参数，实现字符串和可调用对象的映射表功能。

代码1：

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;// 基本语法：function<返回值类型(参数类型列表)>// 1. 无参数函数包装
void f1() 
{ cout << "f1()" << endl; 
}
function<void()> func1 = f1;
//function<返回值类型(参数1,参数2)> 包装器对象名称 = 用f1函数初始化包装器对象// 2. 一个参数函数包装
int f2(int i) 
{ return i; 
}
function<int(int)> func2 = f2;// 3. 两个参数函数包装
double f3(int i, double d) 
{ return i + d; 
}
function<double(int, double)> func3 = f3;int main()
{// 调用方式与普通函数相同func1();           // 调用f1cout << func2(1) << endl;        // 调用f2cout << func3(1, 1.1) << endl;   // 调用f3return 0;
}

代码2：

// ret = func(x); 
// func可能的类型：
// 1. 普通函数名/函数指针
// 2. 函数对象(仿函数)
// 3. lambda表达式
// 这些不同类型都可以被调用，称为可调用类型(callable types)// 模板函数，接受一个可调用对象F和参数T
template<class F, class T>
T useF(F f, T x)
{static int count = 0;  // 静态变量，记录函数调用次数cout << "count:" << ++count << endl;cout << "count:" << &count << endl;  // 打印count的地址return f(x);  // 调用可调用对象
}// 普通函数：将输入参数除以2
double f(double i)
{return i / 2;
}// 函数对象（仿函数）：将输入参数除以3
struct Functor
{double operator()(double d){return d / 3;}
};int main()
{// 使用函数指针调用useFcout << useF(f, 11.11) << endl;// 使用函数对象调用useFcout << useF(Functor(), 11.11) << endl;// 使用lambda表达式调用useFcout << useF([](double d)->double { return d / 4; }, 11.11) << endl;// function包装器：统一不同可调用对象的类型function<double(double)> f1 = f;                                    // 包装普通函数function<double(double)> f2 = [](double d)->double { return d / 4; }; // 包装lambda表达式function<double(double)> f3 = Functor();                           // 包装函数对象// 将不同的可调用对象存储在vector容器中//vector<function<double(double)>> v = { f1, f2, f3 };这行和下面一行一样vector<function<double(double)>> v = { f, [](double d)->double { return d / 4; }, Functor() };//vector<function<double(double)>> 创建了一个vector容器，function<double(double)> 是容器元素的类型//容器初始化列表包含三个元素：//f: 普通函数，将参数除以2//[](double d)->double { return d / 4; }: lambda表达式，将参数除以4//Functor(): 函数对象，将参数除以3// 遍历并调用vector中的所有可调用对象double n = 3.3;for (auto f : v){cout << f(n++) << endl;}return 0;
}

代码3：

#include<functional>
int f(int a, int b)
{return a + b;
}
struct Functor
{public:int operator() (int a, int b){return a + b;}
};
class Plus
{public:Plus(int n = 10):_n(n){}static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return (a + b) * _n;}private:int _n;
};
int main()
{// 包装各种可调用对象function<int(int, int)> f1 = f;function<int(int, int)> f2 = Functor();function<int(int, int)> f3 = [](int a, int b) {return a + b; };cout << f1(1, 1) << endl;cout << f2(1, 1) << endl;cout << f3(1, 1) << endl;// 包装静态成员函数// 成员函数要指定类域并且前面加&才能获取地址function<int(int, int)> f4 = &Plus::plusi;cout << f4(1, 1) << endl;// 包装普通成员函数// 普通成员函数还有一个隐含的this指针参数，所以绑定时传对象或者对象的指针过去都可以function<double(Plus*, double, double)> f5 = &Plus::plusd;Plus pd;cout << f5(&pd, 1.1, 1.1) << endl;function<double(Plus, double, double)> f6 = &Plus::plusd;cout << f6(pd, 1.1, 1.1) << endl;cout << f6(pd, 1.1, 1.1) << endl;function<double(Plus&&, double, double)> f7 = &Plus::plusd;cout << f7(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;cout << f7(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;return 0;
}

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8.2 bind

// 形式1：不指定返回值类型
template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn&& fn, Args&&... args);// 形式2：显式指定返回值类型
template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn&& fn, Args&&... args);

• bind 是一个函数模板，它也是一个可调用对象的包装器，可以把他看做一个函数适配器，对接收的fn可调用对象进行处理后返回一个可调用对象。 bind 可以用来调整参数个数和参数顺序。bind 也在<functional>这个头文件中。
• 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_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。_1/_2/_3....这些占位符放到placeholders的一个命名空间中。

代码1：

// 普通函数：返回两数之差
int Sub(int a, int b)
{return a - b;
}// 普通函数：返回两数之和乘以rate
double Plus(int a, int b, double rate)
{return (a + b) * rate;
}// 普通函数：返回两数之和乘以rate，参数顺序不同
double PPlus(int a, double rate, int b)
{return  rate * (a + b);
}// 类中包含成员函数sub
class Sub
{
public:int sub(int a, int b){return a - b;}
};// 类中包含静态成员函数sub和普通成员函数ssub
class SubType
{
public:static int sub(int a, int b){return a - b;}int ssub(int a, int b, int rate){return (a - b) * rate;}
};int main()
{// bind改变参数顺序：将第一个参数和第二个参数位置互换// 所以rSub(10, 5)实际执行的是Sub(5, 10)function<int(int, int)> rSub = bind(Sub, placeholders::_2, placeholders::_1);cout << rSub(10, 5) << endl;  // 输出-5// bind固定第三个参数rate为不同值function<double(int, int)> Plus1 = bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2, 4.0);function<double(int, int)> Plus2 = bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2, 4.2);function<double(int, int)> Plus3 = bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2, 4.4);cout << Plus1(5, 3) << endl;  // (5+3)*4.0cout << Plus2(5, 3) << endl;  // (5+3)*4.2cout << Plus3(5, 3) << endl;  // (5+3)*4.4// bind固定第二个参数rate为不同值function<double(int, int)> PPlus1 = bind(PPlus, placeholders::_1, 4.0, placeholders::_2);function<double(int, int)> PPlus2 = bind(PPlus, placeholders::_1, 4.2, placeholders::_2);cout << PPlus1(5, 3) << endl;  // 4.0*(5+3)cout << PPlus2(5, 3) << endl;  // 4.2*(5+3)// 绑定静态成员函数function<double(int, int)> Sub1 = bind(&SubType::sub, placeholders::_1, placeholders::_2);//静态的第一个参数可以不加&，也可以加&//非静态的必须加&// 绑定普通成员函数，需要提供对象指针SubType st;function<double(int, int)> Sub2 = bind(&SubType::ssub, &st, placeholders::_1, placeholders::_2, 3);//这里有4个参数是因为绑定成员函数时，需要比原函数多一个参数来指定对象实例。cout << Sub1(1, 2) << endl;  // 静态成员函数调用cout << Sub2(1, 2) << endl;  // 对象成员函数调用// 绑定普通成员函数，通过临时对象function<double(int, int)> Sub3 = bind(&SubType::ssub, SubType(), placeholders::_1, placeholders::_2, 3);cout << Sub3(1, 2) << endl;// 输出Sub3的类型名cout << typeid(Sub3).name() << endl;return 0;
}

代码2：

#include<functional>
using placeholders::_1;  // 占位符，表示将来传入的第1个参数
using placeholders::_2;  // 表示将来传入的第2个参数
using placeholders::_3;  // 表示将来传入的第3个参数// 基础函数：两个参数
int Sub(int a, int b)
{return (a - b) * 10;
}// 三个参数的函数
int SubX(int a, int b, int c)
{return (a - b - c) * 10;
}class Plus
{
public:// 静态成员函数static int plusi(int a, int b){return a + b;}// 普通成员函数double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{// 1. 基本bind用法，保持参数顺序不变auto sub1 = bind(Sub, _1, _2);cout << sub1(10, 5) << endl;  // 输出：(10-5)*10 = 50// 2. 调整参数顺序auto sub2 = bind(Sub, _2, _1);  // 交换两个参数位置cout << sub2(10, 5) << endl;    // 输出：(5-10)*10 = -50// 3. 绑定固定参数auto sub3 = bind(Sub, 100, _1);  // 第一个参数固定为100cout << sub3(5) << endl;         // 输出：(100-5)*10 = 950auto sub4 = bind(Sub, _1, 100);  // 第二个参数固定为100cout << sub4(5) << endl;         // 输出：(5-100)*10 = -950// 4. 三参数函数的不同绑定方式auto sub5 = bind(SubX, 100, _1, _2);  // 固定第一个参数cout << sub5(5, 1) << endl;           // 输出：(100-5-1)*10 = 940auto sub6 = bind(SubX, _1, 100, _2);  // 固定第二个参数cout << sub6(5, 1) << endl;           // 输出：(5-100-1)*10 = -960auto sub7 = bind(SubX, _1, _2, 100);  // 固定第三个参数cout << sub7(5, 1) << endl;           // 输出：(5-1-100)*10 = -960// 5. 成员函数的绑定function<double(Plus&&, double, double)> f6 = &Plus::plusd;Plus pd;cout << f6(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;  // 输出：2.2cout << f6(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;    // 输出：2.2// 6. 使用bind简化成员函数调用function<double(double, double)> f7 = bind(&Plus::plusd, Plus(), _1, _2);cout << f7(1.1, 1.1) << endl;  // 输出：2.2// 7. 复利计算的lambda表达式auto func1 = [](double rate, double money, int year)->double {double ret = money;for (int i = 0; i < year; i++){ret += ret * rate;}return ret - money;  // 返回利息};// 8. 使用bind创建不同利率和期限的复利计算函数// 参数分别为：利率、本金(可变)、年限function<double(double)> func3_1_5 = bind(func1, 0.015, _1, 3);  // 1.5%利率3年function<double(double)> func5_1_5 = bind(func1, 0.015, _1, 5);  // 1.5%利率5年function<double(double)> func10_2_5 = bind(func1, 0.025, _1, 10); // 2.5%利率10年function<double(double)> func20_3_5 = bind(func1, 0.035, _1, 30); // 3.5%利率30年// 计算100万元在不同方案下的利息cout << func3_1_5(1000000) << endl;   // 3年期1.5%利率cout << func5_1_5(1000000) << endl;   // 5年期1.5%利率cout << func10_2_5(1000000) << endl;  // 10年期2.5%利率cout << func20_3_5(1000000) << endl;  // 30年期3.5%利率return 0;
}