C++11—— lambda表达式与包装器

news2024/9/24 17:18:42

C++11—— lambda表达式与包装器

文章目录

  • C++11—— lambda表达式与包装器
  • 一、 lambda表达式
      • lambda表达式产生的意义
      • lambda表达式语法
      • 函数对象与lambda表达式
  • 二、 包装器
    • function
      • function产生的意义
      • function的用法
      • function使用的例子
    • bind
      • 调整参数顺序
      • 固定绑定参数

一、 lambda表达式

lambda表达式产生的意义

在C++98中，如果想要对一个数据集合中的元素进行排序，可以使用库中提供的sort接口
在这里插入图片描述
sort()的前两个参数是迭代器的begin与end，而第三个参数就是比较规则函数
如果不手动传比较规则，则默认从小到大比较（仅仅对于内置类型）

int main()
{
	int array[] = { 4,1,8,5,3,7,0,9,2,6 };
	// 默认按照小于比较，排出来结果是升序
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	// 如果需要降序，需要改变元素的比较规则
	std::sort(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]), greater<int>());
	return 0;
}

但如果是自定义类型的排序，我们就需要自定义排序规则了

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 } };
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
	sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
}

其中上述例子中的ComparePriceLess与ComparePriceGreater是一个仿函数

随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法，都要重新去写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了极大的不便

因此，在C++11语法中出现了Lambda表达式

lambda表达式语法

lambda表达式实际是一个匿名函数
lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}

  1. lambda表达式各部分说明

[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

(parameters)：参数列表，与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性，使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)

->returntype：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。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

{statement}：函数体，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

注意：
在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空，因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情

  1. 捕获列表说明
    捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用

[var]：表示值传递方式捕捉变量var
[=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
[&var]：表示引用传递捕捉变量var
[&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
[this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针

注意：

  1. 父作用域指包含lambda函数的语句块
  2. 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割,比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量[&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量
  3. 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编译错误，比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复
  4. 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空
  5. 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都会导致编译报错
  6. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同
int main()
{
	// 最简单的lambda表达式, 该lambda表达式没有任何意义
	[] {};


	// 省略参数列表和返回值类型，返回值类型由编译器推导为int
	int a = 3, b = 4;
	[=] {return a + 3; };


	// 省略了返回值类型，无返回值类型
	auto fun1 = [&](int c) {b = a + c; };
	fun1(10);
	cout << a << " " << b << endl;


	// 各部分都很完善的lambda函数
	auto fun2 = [=, &b](int c)->int {return b += a + c; };
	cout << fun2(10) << endl;


	// 复制捕捉x
	int x = 10;
	auto add_x = [x](int a) mutable { x *= 2; return a + x; };
	cout << add_x(10) << endl;


	return 0;
}

lambda表达式实际上可以理解为无名函数，该函数无法直接调用，如果想要直接调用，可借助auto将其赋值给一个变量

虽然lambda表达式之间不能相互赋值，但允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本，也可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针

void (*PF)();
int main()
{
	auto f1 = [] {cout << "hello world" << endl; };
	auto f2 = [] {cout << "hello world" << endl; };

	//f1 = f2; // 编译失败--->提示找不到operator=()
	//原因是lambda的本质是仿函数，和范围for的本质是迭代器一样
	
	// 允许使用一个lambda表达式拷贝构造一个新的副本
	auto f3(f2);
	f3();
	// 可以将lambda表达式赋值给相同类型的函数指针
	PF = f2;
	PF();
	return 0;
}

函数对象与lambda表达式

函数对象，又称为仿函数，即可以想函数一样使用的对象，就是在类中重载operator()运算符的类对象

class Rate
{
public:
	Rate(double rate) : _rate(rate)
	{}
	double operator()(double money, int year)
	{
		return money * _rate * year;
	}
private:
	double _rate;
};


int main()
{
	// 函数对象
	double rate = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000, 2);
	// lamber
	auto r2 = [=](double monty, int year)->double {return monty * rate * year;};
	r2(10000, 2);
	return 0;
}

从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样
函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该变量捕获到
在这里插入图片描述
实际在底层编译器对于lambda表达式的处理方式，完全就是按照函数对象的方式处理的，即：如果定义了一个lambda表达式，编译器会自动生成一个类，在该类中重载了operator()，和范围for的本质是迭代器一样

二、 包装器

function

function包装器，也叫作适配器，C++中的function本质是一个类模板，也是一个包装器

function产生的意义

先看一段代码

template <class F, class T>
void func(F fun, T val)
{
	static int cnt = 1;
	cout << "cnt: " << cnt++ << endl;
	cout << "&cnt: " << &cnt << endl;
}

int f1(int x)
{
	return x * 2;
}

struct f2
{
	int operator()(int x)
	{
		return x * 2;
	}
};

int main()
{
	// 函数名
	func(f1, 2);
	// 仿函数对象
	func(f2(), 2);
	// lambda表达式
	func([](int x)->int { return x * 2; }, 2);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

上例中，如果以三种不同的方式调用func函数，func函数就会被实例化成三份
这样就造成了效率的降低，而function可以完美解决问题

function的用法

在这里插入图片描述

int f1(int x)
{
	return x * 2;
}

struct f2
{
	int operator()(int x)
	{
		return x * 2;
	}
};

class f3
{
public:
	static int muli(int x)
	{
		return x * 2;
	}

	double muld(double x)
	{
		return x * 2;
	}
};


int main()
{
	// 普通函数
	function<int(int)> fun1(f1);
	cout << fun1(2) << endl;

	// 仿函数
	function<int(int)> fun2;
	fun2 = f2();
	cout << fun2(2) << endl;

	// lambda表达式
	function<int(int)> fun3;
	fun3 = [](int x)->int {return 2 * x; };
	cout << fun3(2) << endl;

	// 静态成员函数指针1
	function<int(int)> fun41 = &f3::muli;
	cout << fun41(2) << endl;

	// 静态成员函数指针2
	function<int(int)> fun42 = f3::muli;
	cout << fun42(2) << endl;

	// 非静态成员函数指针
	function<int(f3/*this指针*/, int)> fun5 = &f3::muld;
	cout << fun5(f3(), 2) << endl;

	//非静态成员函数指针，用lambda表达式取到成员函数地址
	f3 ff;
	function<int(int)> fun6 = [&ff](int x)->double {return ff.muld(x); };

	return 0;

这里要注意类成员函数的调用方法：
对于静态成员函数，因为没有this指针，所以正常调用，后面也可以不加&

对于非静态成员函数，因为含有this指针，而this指针不能显示传递，所以要传递对象，必须加&（此处是语法要求）

当然也可以不在()内部加上对象，可以使用lambda表达式中的[]捕获，与上例中的fun6

我们验证使用function后函数func实例化的份数

template <class F, class T>
T func(F fun, T val)
{
	static int cnt = 1;
	cout << "cnt: " << cnt << endl;
	cout << "&cnt: " << &cnt << endl;
	return fun(val);
}

int f1(int x)
{
	return x * 2;
}

struct f2
{
	int operator()(int x)
	{
		return x * 2;
	}
};

class f3
{
public:
	static int muli(int x)
	{
		return x * 2;
	}

	double muld(double x)
	{
		return x * 2;
	}
};


int main()
{
	// 函数名
	func(function<int(int)>(f1), 2);
	// 仿函数对象
	f2 ff;
	func(function<int(int)>(ff), 2);
	// lambda表达式
	func(function<int(int)>([](int x)->int {return x * 2; }), 2);
	return 0;
}

可以发现此时func只实例化了一份
在这里插入图片描述

function使用的例子

题目链接：逆波兰表达式求值
传统写法：

class Solution {
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {

        stack<int> st;

        for(auto& str : tokens)
        {   

            if(str == "+" || str == "-" || str == "*" || str == "/")
            {
                int r = st.top();
                st.pop();

                int l = st.top();
                st.pop();

                switch(str[0])
                {
                case '+':
                st.push(l+r);
                break;
                case '-':
                st.push(l-r);
                break;
                case '*':
                st.push(l*r);
                break;
                case '/':
                st.push(l/r);
                break;
                }
            }
            else
            {
                st.push(stoi(str));
            }
        }
        return st.top();
    }
};

使用function写法：

class Solution {
public:
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        stack<int> st;
        map<string, function<int(int, int)>> hash = 
        {
            {"+", [](int x, int y)->int{return x + y;}},
            {"-", [](int x, int y)->int{return x - y;}},
            {"*", [](int x, int y)->int{return x * y;}},
            {"/", [](int x, int y)->int{return x / y;}},
        };
        for(auto& e : tokens)
        {
            if(hash.find(e) != hash.end())
            {
                int right = st.top();
                st.pop();
                int left = st.top();
                st.pop();
                st.push(hash[e](left, right));
            }
            else
            {
                st.push(stoi(e));
            }
        }
        return st.top();
    }
};

bind

在这里插入图片描述
std::bind函数定义在头文件中，是一个函数模板，它就像一个函数包装器(适配器)，接受一个可调用对象（callable object），生成一个新的可调用对象来“适应”原对象的参数列表一般而言，我们用它可以把一个原本接收N个参数的函数f(n)，通过绑定一些参数，返回一个接收M个（M可以大于N，但这么做没什么意义）参数的新函数。同时，使用std::bind函数还可以实现参数顺序调整等操作

调整参数顺序

int Plus(int a, int b)
{
	return a - b;
}

int main()
{
	function<int(int, int)> fun1 = bind(Plus, placeholders::_1, placeholders::_2);
	cout << fun1(1, 2) << endl;
	function<int(int, int)> fun2 = bind(Plus, placeholders::_2, placeholders::_1);
	cout << fun2(1, 2) << endl;
	return 0;
}

此时fun1与fun2的结果如下
在这里插入图片描述

固定绑定参数

class fun
{
public:
	static int muli(int x)
	{
		return x * 2;
	}

	double muld(double x)
	{
		return x * 2;
	}
};

int main()
{
	// 非静态成员函数指针
	function<int(fun/*this指针*/, int)> fun1 = &fun::muld;
	cout << fun1(fun(), 2) << endl;
	return 0;
}

这是上文中function的例子，当我们需要调用非静态成员函数指针时候，由于非静态成员函数自带*this指针，每次传参都要将函数对象传入，而bind可以固定某个参数为一个固定值，我们可以将第一个参数固定为fun对象

class fun
{
public:
	static int muli(int x)
	{
		return x * 2;
	}

	double muld(double x)
	{
		return x * 2;
	}
};

int main()
{
	// 非静态成员函数指针
	function<int(fun/*this指针*/, int)> fun1 = &fun::muld;
	cout << fun1(fun(), 2) << endl;
	// 绑定参数
	function<int(int)> fun2 = bind(&fun::muld, fun(), std::placeholders::_1);
	cout << fun2(2) << endl;
	return 0;
}

此时bind固定了fun2的第一个参数，使其第一个参数默认就是fun类型的对象

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本篇博客主要讲解309.最佳买卖股票时机含冷冻期和714.买卖股票的最佳时机含手续费&#xff0c;这也是股票系列的最后一篇讲解。 309.最佳买卖股票时机含冷冻期 题目&#xff1a; 给定一个整数数组prices&#xff0c;其中第 prices[i] 表示第 i 天的股票价格 。​ 设计一个算…
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