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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。
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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | #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:
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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | #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:
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:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 | 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; }); auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [=, &max_value](int i) { return i > min_val && i < max_val; }); } /// 4. lambda expr: capture of class member class A { public: void DoSomething(); private: std::vector<int> m_vec; int m_min_val; int m_max_va; }; /// 4.1 capture member by this void A::DoSomething() { auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [this](int i){ return i > m_min_val && i < m_max_val; }); } /// 4.2 capture member by default pass-by-value void A::DoSomething() { auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [=](int i){ return i > m_min_val && i < m_max_val; }); } /// 4.3 capture member by default pass-by-reference void A::DoSomething() { auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [&](int i){ return i > m_min_val && i < m_max_val; }); } |
上面的例子基本覆盖到了lambda表达的基本用法。我们一个个来分析每个例子(标号与上面代码注释中1,2,3,4一致):
分析完了上面的例子,我们来总结一下关于lambda表达式使用时的一些注意事项:
通过上面的介绍,我们基本了解了function, bind和lambda的用法,把三者结合起来,C++将会变得非常强大,有点函数式编程的味道了。最后,这里再补充一点,对于用bind来生成function和用lambda表达式来生成function, 通常情况下两种都是ok的,但是在参数多的时候,bind要传入很多的std::placeholders,而且看着没有lambda表达式直观,所以通常建议优先考虑使用lambda表达式。
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