C++11第三弹：lambda表达式 | 新的类功能 | 模板的可变参数

news2024/9/20 16:35:23

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文章目录

  • lambda表达式
    • C++98中的一个例子
    • Lambda表达式基础语法
      • lambda表达式各部分说明
      • 捕获列表说明
  • 新的类功能
    • 默认成员函数
    • 强制生成默认函数的关键字default
    • 禁止生成默认函数的关键字delete
  • 模板的可变参数
    • C语言中的可变参数
    • C++中可变参数
      • 递归函数方式展开参数包
      • 逗号表达式展开参数包
    • emplace容器系列

lambda表达式

C++98中的一个例子

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std::sort方法。

#include <algorithm>
#include <functional>
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;
}

如果待排序元素为自定义类型，需要用户定义排序时的比较规则：

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());
}

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表达式基础语法

lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement}

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。

int main()
{
	auto add1 = [](int a, int b)->int {return a + b; };
	auto add2 = [](int a, int b){return a + b; };   //返回值省略
	auto func1 = [] {cout << "hello world" << endl; };  // 没有参数，参数列表可以省略
	cout << add1(1, 2) << endl;
	cout << add2(2, 3) << endl;
	func1();
	return 0;
}

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通过上述例子可以看出，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。

将上述排序修改成lambda表达式：

int main()
{	
	vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
	3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };

	auto priceLess = [](const Goods& g1, const Goods& g2) {return g1._price < g2._price; };
	sort(v.begin(), v.end(), priceLess);
}

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捕获列表说明

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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)

int main()
{
	int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5;
	auto func1 = [=]()
	{
		return a + b + c + d + e;
	};
	cout << func1();

	return 0;
}

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  • [&var]：表示引用传递捕捉变量var
int main()
{
	int a = 1, b = 2;
	//引用方式捕捉
	auto swap3 = [&a, &b]() 
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap3();
	return 0;
}

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引用捕捉，swap3 = [&a, &b]()这里的a和b就是外部a和b的别名，里面发生改变必定导致外面的a和b发生变化。

  • [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
int main()
{
	int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5；
	auto func2 = [&]()
	{
		a++;
		b++;
		c++;
		d++;
		e++;
	};
	func2();
	cout << a << b << c << d << e << endl;

	return 0;
}

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  • [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

新的类功能

默认成员函数

原来C++类中，有6个默认成员函数：

  1. 构造函数
  2. 析构函数
  3. 拷贝构造函数（深拷贝）
  4. 拷贝赋值重载（深拷贝）
  5. 取地址重载
  6. const 取地址重载

最后重要的是前4个，后两个用处不大。默认成员函数就是我们不写编译器会生成一个默认的。C++11 新增了两个：移动构造函数（移动拷贝）和移动赋值运算符重载（移动拷贝）。这个针对的是深拷贝的自定义类型对象，如：string、vector、list等。

针对移动构造函数和移动赋值运算符重载有一些需要注意的点如下：

  1. 如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，（1）对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，（2）自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。
  2. 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。(默认移动赋值跟上面移动构造完全类似)
  3. 如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值

强制生成默认函数的关键字default

C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成.

class Person
{
public:
	Person(const char* name = "", int age = 0)
		:_name(name)
		, _age(age)
	{}
	Person(const Person& p)
		:_name(p._name)
		, _age(p._age)
	{}Person(Person && p) = default;
private:
	gwj::string _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person s1;
	Person s2 = s1;
	Person s3 = std::move(s1);
	return 0;
}

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禁止生成默认函数的关键字delete

如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁已，这样只要其他人想要调用就会报错。在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。

实现一个类只能在堆上创建对象：

class HeapOnly
{
public:
    // 静态方法，用于在堆上创建 HeapOnly 对象
    static HeapOnly* CreateObj()
    {
        return new HeapOnly;
    }

private:
    // 私有构造函数，禁止在类外部直接创建对象
    HeapOnly()
    {}

    int _a = 1;
};

int main()
{
    // HeapOnly ho1;           // 错误：构造函数是私有的，无法在类外部直接创建对象
    // HeapOnly* p1 = new HeapOnly;  // 错误：构造函数是私有的，无法直接调用 new 操作符

    HeapOnly* p2 = HeapOnly::CreateObj(); // 正确：通过静态方法创建对象

    return 0;
}

这个方法仍然有bug，不能确保创建的类是在堆上：

HeapOnly obj(*p2);//obj还是栈上的对象

通过 HeapOnly obj(*p2); 语句在栈上创建 HeapOnly 对象。这是因为 HeapOnly obj(*p2); 使用了拷贝构造函数，该构造函数是隐式定义的，并允许通过复制堆上的对象来创建栈上的对象。

解决这一问题，C++98中是将构造函数私有，并且只声明不实现：

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HeapOnly obj(*p2); 这行代码会导致编译错误。虽然可以通过 CreateObj 在堆上创建对象，但由于拷贝构造函数没有定义，编译器无法进行对象的拷贝操作，因此这会引发错误。

C++11解决方式：在不希望调用的函数后面加上delete
拷贝构造函数：HeapOnly(const HeapOnly&) = delete; 删除了拷贝构造函数，禁止对象的拷贝操作。尝试复制 HeapOnly 对象会导致编译错误。
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在C++标准库中，流对象不希望被拷贝：
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继承和多态中的final与override关键字

模板的可变参数

C语言中的可变参数

C语言中也有可变参数的概念，他的底层是一个动态数组，存一个可变参数，然后一次解析动态可变参数。
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C++中可变参数

C++中的可变参数不在函数中，而是在模板中体现。

一个基本可变参数的函数模板：

// Args是一个模板参数包，args是一个函数形参参数包
// 声明一个参数包Args...args，这个参数包中可以包含0到任意个模板参数。
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{}

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递归函数方式展开参数包

编译时，参数推导递归：

void _ShowList()
{
	cout << endl;
}

template<class T, class ...Args>
void _ShowList(const T& val, Args... args)
{
	cout << val << " ";
	_ShowList(args...);
}

template<class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
	_ShowList(args...);
}


int main()
{
	ShowList(1);
	ShowList(1, 'A');
	ShowList(1, 'A', std::string("sort"));

	return 0;
}

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调用过程，以第三个为例：
在这里插入图片描述

逗号表达式展开参数包

这种展开参数包的方式，不需要通过递归终止函数，是直接在expand函数体中展开的, printarg不是一个递归终止函数，只是一个处理参数包中每一个参数的函数。这种就地展开数包的方式实现的关键是逗号表达式。我们知道逗号表达式会按顺序执行逗号前面的表达式。

expand函数中的逗号表达式：(printarg(args), 0)，也是按照这个执行顺序，先执行printarg(args)，再得到逗号表达式的结果0。同时还用到了C++11的另外一个特性——初始化列表，通过初始化列表来初始化一个变长数组, {(printarg(args), 0)...}将会展开成((printarg(arg1),0),(printarg(arg2),0), (printarg(arg3),0), etc... )，最终会创建一个元素值都为0的数组int arr[sizeof...(Args)]。由于是逗号表达式，在创建数组的过程中会先执行逗号表达式前面的部分printarg(args)打印出参数，也就是说在构造int数组的过程中就将参数包展开了，这个数组的目的纯粹是为了在数组构造的过程展开参数包。

template <class T>
int PrintArg(T t)
{
	cout << t << " ";
	return 0;
}

//展开函数
template <class ...Args>
void ShowList(Args... args)
{
	int arr[] = { (PrintArg(args)... };  //参数包里面有几个值，PrintArg函数就调用几次，就会有几个返回值，arr就会开多大
	cout << endl;
}

int main()
{
	ShowList(1);
	ShowList(1, 'A');
	ShowList(1, 'A', std::string("sort"));
	return 0;
}

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emplace容器系列

在这里插入图片描述
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int main()
{
	list<pair<gwj::string, int>> lt;
	pair<gwj::string, int> kv1("xxxxx", 1);
	lt.push_back(kv1);
	lt.push_back(move(kv1));

	cout << endl;

	//pair<gwj::string, int> kv2("xxxxx", 1);
	//lt.emplace_back(kv2);
	//lt.emplace_back(move(kv2));

	lt.emplace_back("xxxx", 1);
	return 0;
}

对于push_back需要传入pair，左值走拷贝构造，右值走移动构造。但是，emplace_back可以直接传入pair对象的参数。

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