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现代c++急急急——functional、bind、lambda

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现代c++急急急——functional、bind、lambda
- bind前世今生
- - 从一个排序的例子开始
  - 可能的实现
  - 今生
- 函数对象
- - 从hello开始
  - 可能的实现
- lambda
- - 例子
  - - 从hello开始
    - 带函数参数的lambda
    - 捕获外界变量的lambda

现代c++急急急——functional、bind、lambda

bind前世今生

bind1st：operator()的第一个参数成为一个既定的值

bind2nd：operator()的第二个参数成为一个既定的值

从一个排序的例子开始

#include <iostream>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <vector>using namespace std;template<class T>
void MyPrint(T& container)
{for (auto x : container){cout << x << ' ';}cout << endl;
}int main()
{vector<int> vec;srand(time(NULL));for (int i = 0; i < 20; i++){vec.push_back(rand() % 100 + 1);}MyPrint(vec);sort(vec.begin(), vec.end());//sort(vec.begin(), vec.end(), greater<int>());MyPrint(vec);return 0;
}

以上代码生成一个vector并从小到大排序

sort第三个参数支持自定义的排序方法，这里我们传入的是greater，实现从大到小排序，greater实现两个元素之间的比较

那么现在需要把70插入容器中，要求容器顺序不变，该怎么做？

在STL中有一个find_if可以在遍历某个容器的时候，按某个条件查找，比如说本次要求，只需要挨个拿容器中的某个元素和70进行比较，返回bool即可

但是我们注意到，find_if拿一个元素和一个既定的元素做比较，而greater或者less的都是拿两个元素做比较，有没有办法实现greater其中的一个元素固定下来呢？

这就是绑定器的作用，比如说让greater的第一个元素固定为70

#include <iostream>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <vector>using namespace std;template<class T>
void MyPrint(T& container)
{for (auto x : container){cout << x << ' ';}cout << endl;
}int main()
{vector<int> vec;srand(time(NULL));int num = 0;cin >> num;for (int i = 0; i < 20; i++){vec.push_back(rand() % 100 + 1);}MyPrint(vec);sort(vec.begin(), vec.end(), greater<int>());auto res = find_if(vec.begin(), vec.end(), bind1st(greater<int>(), num));if (res != vec.end()){vec.insert(res, num);}MyPrint(vec);return 0;
}

同理，bind2nd也是一样的效果

可能的实现

find_if

// 取自cppreference
template<class InputIterator, class UnaryPredicate>InputIterator find_if (InputIterator first, InputIterator last, UnaryPredicate pred)
{while (first!=last) {if (pred(*first)) return first;++first;}return last;
}

bind1st

template<class Compare, class T>
class _MyBind1st
{
public:_MyBind1st(Compare cmp, T val) : _cmp(cmp), _val(val) {};bool operator()(const T& secondElement){return _cmp(_val, secondElement);}
private:Compare _cmp;T _val;
};
template<class Compare, class T>
_MyBind1st<Compare, T> myBind1st(Compare cmp, const T& val)
{return _MyBind1st<Compare, T>(cmp, val);
}

最终效果

#include <iostream>
#include <functional>
#include <algorithm>
#include <vector>using namespace std;template<class T>
void MyPrint(T& container)
{for (auto x : container){cout << x << ' ';}cout << endl;
}template<class Compare, class T>
class _MyBind1st
{
public:_MyBind1st(Compare cmp, T val) : _cmp(cmp), _val(val) {};bool operator()(const T& secondElement){return _cmp(_val, secondElement);}
private:Compare _cmp;T _val;
};
template<class Compare, class T>
_MyBind1st<Compare, T> myBind1st(Compare cmp, const T& val)
{return _MyBind1st<Compare, T>(cmp, val);
}int main()
{vector<int> vec;srand(time(NULL));int num = 0;cin >> num;for (int i = 0; i < 20; i++){vec.push_back(rand() % 100 + 1);}MyPrint(vec);sort(vec.begin(), vec.end(), greater<int>());auto res = find_if(vec.begin(), vec.end(), myBind1st(greater<int>(), num));if (res != vec.end()){vec.insert(res, num);}MyPrint(vec);return 0;
}

运行结果正确，由此可知，绑定器是函数对象的一种用法，使得某个函数的某个参数成为既定的参数(既定的意思并不是说右值)

今生

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void Say(string str)
{cout << str << endl;
}int main()
{auto res = bind(Say, "hello");res();return 0;
}

与1st和2nd不同的是，bind可以使得任意一个参数绑定为指定的参数，而不是固定的位置(如1st只能第一个参数变成指定的参数)

当然，bind也有1st和2nd的功能，也就是20个占位符，用于既定的位置的参数指定成给定的参数(很绕，我知道，这句话看一遍就好，不要深陷其中，看下面的例子)

一个实际的例子：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void Say(string str)
{cout << str << endl;
}int main()
{// 指明Say函数的第一个参数(指定的位置)由用户指定auto res = bind(Say, placeholders::_1);res("hello");return 0;
}

以上效果便是第一个参数被指定为由用户给出的参数

函数对象

从hello开始

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void SayStr(string str)
{cout << str << endl;
}void Say()
{cout << "hello" << endl;
}int main()
{function<void()> funcObj = Say;function<void(string)> funcObj2 = SayStr;funcObj();funcObj2("hello");return 0;
}

可以看到，函数对象有点类似于函数指针，但是背后原理其实是模板类，重载了()运算符，只是效果类似于函数指针，可以“指向”函数（注意有一个引号）

那么有趣的就是，函数这个概念，除了普通的函数，bind和lambda表达式都可以理解为返回了一个函数

除此之外，其实还有类内函数(比较重要的OOP手法)

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;class Say
{
public:void SayHello(string str) { cout << str << endl; };
};int main()
{function<void(Say*, string)> funcObj = &Say::SayHello;Say tmpObj;funcObj(&tmpObj, "hello world");return 0;
}

通过以上例子，可以看出要使得functional可以“指向”类内函数，需要满足以下的条件

类内函数为Public
实例化function对象的函数签名需要有一个类的指针(也就是this指针)
需要一个具体的类的对象

那么有趣的是，bind的参数也是一个函数，因此也可以通过传入的参数“指向”某个类的成员函数，这么做的好处是什么？

有点类似友元函数 + 回调函数的概念了，可以在不同的地方回调这个函数，极大的增加了代码的复用

可能的实现

#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>using namespace std;void Say(string str)
{cout << str << endl;
}template<class Fty>
class myFunction {};template<class R, class Arg>
class myFunction<R(Arg)>
{
public:using pFunc = R(*)(Arg);myFunction(pFunc func) : func_(func) {};R operator() (Arg arg){return func_(arg);};
private:pFunc func_;
};int main()
{myFunction<void(string)> func(Say);func("hello world");return 0;
}

这里可以看出其实就是使用了函数指针来实现的，唯一的差别就是，这个实现只是一个参数，官方实现应该是可变参

// c++ insights的结果更容易看出实现
#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>using namespace std;void Say(std::basic_string<char> str)
{std::operator<<(std::cout, str).operator<<(std::endl);
}template<class Fty>
class myFunction
{
};/* First instantiated from: insights.cpp:31 */
#ifdef INSIGHTS_USE_TEMPLATE
template<>
class myFunction<void (std::basic_string<char>)>
{public: using pFunc = void (*)(std::basic_string<char>);inline myFunction(pFunc func): func_{func}{}inline void operator()(std::basic_string<char> arg){return this->func_(std::basic_string<char>(arg));}private: pFunc func_;public: 
};#endiftemplate<class R, class Arg>
class myFunction<R (Arg)>
{public: using pFunc = R (*)(Arg);inline myFunction(pFunc func): func_{func}{}inline R operator()(Arg arg){return this->func_(arg);}private: pFunc func_;
};int main()
{myFunction<void (std::basic_string<char>)> func = myFunction<void (std::basic_string<char>)>(Say);func.operator()(std::basic_string<char>("hello world", std::allocator<char>()));return 0;
}

lambda

语法格式：

[]<class T>()->{};

[]：捕获列表

<class T>：c++20新增的，也就是lambda表达式模板

()：函数参数列表

->：函数返回类型，c++11的语法，后置返回类型，也有叫尾置返回

{}：函数体

注意，有一个分号

再注意，lambda表达式模板是c++20的语法，此前的c++标准是没有的

lambda表达式的实现原理其实就是模板类，重载了()运算符

例子

从hello开始

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void Say(string str)
{cout << str << endl;
}int main()
{auto res = []()->void { cout << "hello" << endl; };res();return 0;
}

// c++ inights的结果
#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void Say(std::basic_string<char> str)
{std::operator<<(std::cout, str).operator<<(std::endl);
}int main()
{class __lambda_14_13{public: inline /*constexpr */ void operator()() const{std::operator<<(std::cout, "hello").operator<<(std::endl);}using retType_14_13 = auto (*)() -> void;inline constexpr operator retType_14_13 () const noexcept{return __invoke;};private: static inline /*constexpr */ void __invoke(){__lambda_14_13{}.operator()();}};__lambda_14_13 res = __lambda_14_13{};res.operator()();return 0;
}

可以看到，lambda本质就是一个模板类 + 重载()运算符

带函数参数的lambda

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void Say(string str)
{cout << str << endl;
}int main()
{auto res = [](int a, int b)->int { return a + b; };cout << res(1, 2) << endl;return 0;
}

捕获外界变量的lambda

#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>using namespace std;void Say(string str)
{cout << str << endl;
}int val;int main()
{int a = 0, b = 0;cin >> a >> b;// 值捕获auto res = [a, b]()->int { return a + b; };cout << res() << endl;// 引用捕获auto ans = [&a, &b]()->int { a++, b++; return a + b; };cout << ans() << endl;// 值捕获，但是捕获当前作用域所有变量：局部和全局auto cnt = [=]()->int { return val + b; };cout << cnt() << endl;// 引用捕获，但是捕获当前作用域所有变量：局部和全局auto tmp = [&]()->int { return val + b; };cout << tmp() << endl;return 0;
}

关于捕获列表，还有其他花活，比如说捕获this指针，值捕获，但是某些变量引用捕获以及一个比较重要的：值捕获，但是可以修改捕获的变量(mutable)，有兴趣可以自行了解

至于尾置返回类型，是可以省略的，如果省略了，就默认返回void

本文标签：现代c急急急functionalbindlambda

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可能的实现

今生

函数对象

从hello开始

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例子

从hello开始

带函数参数的lambda

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