【C++】C++新增特性解析：Lambda表达式、包装器与绑定的应用

news2025/1/14 1:16:15

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V可变参数模板与emplace系列

C++语法相关知识点可以通过点击以下链接进行学习一起加油！
命名空间缺省参数与函数重载C++相关特性类和对象-上篇类和对象-中篇
类和对象-下篇日期类C/C++内存管理模板初阶String使用
String模拟实现Vector使用及其模拟实现List使用及其模拟实现容器适配器Stack与QueuePriority Queue与仿函数
模板进阶-模板特化面向对象三大特性-继承机制面向对象三大特性-多态机制STL 树形结构容器二叉搜索树
AVL树红黑树红黑树封装map/set哈希-开篇闭散列-模拟实现哈希
哈希桶-模拟实现哈希哈希表封装 unordered_map 和 unordered_setC++11 新特性：序章右值引用、移动语义、万能引用实现完美转发可变参数模板与emplace系列

大家好，我是店小二。在这篇文章中，我们将深入探讨C++11的新特性——Lambda表达式、包装器与绑定的应用。如果在阅读过程中有不清楚的地方或发现任何错误，欢迎随时私信交流探讨。

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文章目录

  • 一、lambda表达式
    • 1.1 lambda表达式说明
    • 1.2 可省略部分
    • 1.3 lambda使用场景(个人推荐使用第二种)
    • 1.4 比较lambda和仿函数
    • 1.5 lambda类型
      • 1.5.1 未定义类型
      • 1.5.2 定义类型
    • 1.6 捕获列表
      • 1.6.1 捕获列表说明
      • 1.6.2 什么情况下捕捉列表必须为空？
      • 1.6.3 传值捕捉
      • 1.6.4 mutable可以修改拷贝对象
      • 1.6.5 引用捕获
      • 1.6.6 传值捕捉所有对象
      • 1.6.7 传引用捕捉所有对象
      • 1.6.8 混合捕捉
    • 1.7 函数对象与lambda表达式
  • 二、包装器
    • 1.1 function包装器
    • 1.2 function使用场景(对上面的修改)
  • 三、bind绑定
    • 3.1 bind概念
    • 3.2 placeholders

一、lambda表达式

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 。

struct Goods
{
    string _name;
    double _price;
    int _evaluate;

    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，上面的写法过于复杂，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 (本质也是匿名对象调用仿函数)

1.1 lambda表达式说明

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) (这个一般可以省略)
  • ->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。

1.2 可省略部分

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：[]{}表示lambda函数不能做任何事情

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

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

1.3 lambda使用场景(个人推荐使用第二种)

在这里插入图片描述

//第一种
auto ComparePriceGreater = [](const Goods& gl, const Goods& gr) { return gl._price > gr._price;});
sort(v.begin(), v.end(),ComparePriceGreater);

//第二种
sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& gl, const Goods& gr) 
     { 
         return gl._price > gr._price;
     });

1.4 比较lambda和仿函数

  • 功能：仿函数和 Lambda 表达式都能重新定义函数调用的行为，但是 Lambda 表达式更加灵活和直观，特别是在需要定义简短、一次性的函数时非常方便。
  • 语法：Lambda 表达式的语法更为紧凑，使得代码更易于阅读和维护，而仿函数则更适合于需要长期保存状态或多次调用的情况。
  • 使用场景：在现代 C++ 中，Lambda 表达式通常更受欢迎，因为它们简洁明了，且能够直接在需要时定义和使用，避免了定义额外的类或结构体。

上述代码就是使用C++11中lambda表达式来解决，可以看出lambda表达式实际是一个匿名函数。既然是匿名函数lambda的类型也是不得而知的，但是我们可以通过cout << typeid().name << endl;参考下类型

1.5 lambda类型

Lambda 表达式在 C++ 中的类型可以有两种主要形式：*未命名类型和命名类型

1.5.1 未定义类型

当 Lambda 表达式没有被赋予一个变量或者没有作为参数传递给一个模板时，它们是未命名的，也就是没有特定的类型，对象的行为是函数体和函数参数决定的。未命名类型的 Lambda 表达式：auto lambda = [](int x){return x * 2;};

在这里插入图片描述

1.5.2 定义类型

当 Lambda 表达式被赋予一个变量或者被用作模板参数时，它们可以有一个具体的类型。命名类型的 Lambda 表达式:std::function<int(int)> lambda = [](int x) { return x * 2; };

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lambda原理类似范围for。lambda编译时，编译器会生成对应仿函数的名称，对此lambda本质还是仿函数。

在这里插入图片描述

1.6 捕获列表

1.6.1 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

捕获列表注意：

  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

1.6.2 什么情况下捕捉列表必须为空？

如果一个lambda函数被定义在某个块作用域内，而它试图在这个块作用域外部（即在这个块结束后）使用，这时这个lambda函数的捕捉列表必须为空。原因是：

  • 捕捉的变量作用域有限：在块作用域结束后，块作用域内的局部变量将不再存在。如果lambda函数捕捉了这些变量，并在块外部被调用，这会导致未定义行为，因为那些变量已经销毁了。
  • 捕捉列表为空：意味着lambda函数不依赖于块作用域中的任何局部变量，这样lambda函数就可以在块作用域结束后安全地使用。

块作用域：这是一个局部作用域，通常指在花括号 {} 中的代码块，比如函数体或循环体。

以上是相关捕获列表的相关知识，以下将通过代码进行分析，深入理解使用。

1.6.3 传值捕捉

第一种:捕获a，b对象给lambda，但是不可以修改捕获对象，因为这里捕获a，b对象是对外面域a，b对象的拷贝，临时对象具有常性。

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	cout << "a: " << a << "   " << "b: " << b << endl;

	auto swap = [a, b]() 
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap();
	cout << "a: " << a << "   " << "b: " << b << endl;
	return 0;
}

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1.6.4 mutable可以修改拷贝对象

mutable可以修改传值捕捉对象(日常一般不需要)，因为这里捕获a，b对象是对外面域a，b对象的拷贝，虽然修改也不改变外面的a b。

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	cout << "a: " << a << "   " << "b: " << b << endl;

	auto swap = [a, b]() mutable
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap();
	cout << "a: " << a << "   " << "b: " << b << endl;
	return 0;
}

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1.6.5 引用捕获

int main()
{
	int a = 10, b = 20;
	cout << "a: " << a << "   " << "b: " << b << endl;

	auto swap = [&a,&b]() 
	{
		int tmp = a;
		a = b;
		b = tmp;
	};
	swap();
	cout << "a: " << a << "   " << "b: " << b << endl;
	return 0;
}

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1.6.6 传值捕捉所有对象

int main()
{
    int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5;
    // 传值捕捉所有对象
    auto func1 = [=]()
    {
        return a + b + c * d;
    };

    cout << func1() << endl;
    return 0;
}

1.6.7 传引用捕捉所有对象

int main()
{
    int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5;

    auto func = [&]()
    {
        a++;
        b++;
        c++;
        d++;
        e++;
    };
    func();
    cout << a << b << c << d << e << endl;
    return 0;
}

1.6.8 混合捕捉

auto func3 = [&, d, e]()
{
    a++;
    b++;
    c++;
    d++;
    e++;
};

func3();
cout << a << b << c << d << e << endl;

以上虽然有什么传值捕获、引用捕获、混合捕获，其实只要调用函数传值感觉差不多，这里重点是掌握用法就行了。

1.7 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，就是在类中重载了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()

二、包装器

//可调用对象  -- 使用了模板
template <class F, class T>
    T useF(F f, T x)
{
    static int count = 0;
    cout << "count:" << ++count << endl;
    cout << "count:" << &count << endl;

    return f(x);
};

double f(double i)
{
    return  i / 2;

}

struct Functor
{
    double operator()(double d)
    {
        return d / 3;
    }
};

int main()
{
    //函数名
    cout << useF(f, 11.11) << endl;

    //函数对象(这里是匿名对象)
    cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;

    //lambda表达式（利用模板）
    cout << useF([](double d)->double {return d / 4; }, 11.11) << endl;

    return 0;
}

通过模板根据不同的类型可以调用不同的可调用对象，比如函数指针、仿函数对象、lambda，如此繁多的选择也可能会导致模板效率低下。通过上面的程序验证，这里useF函数模板实例化了三份，而且对于不同的可调用对象也有存在于自己的缺点和优点，这里就需要包装器进行统一下了。

可调用对象优缺点分析:

  • 函数指针 --> 类型定义复杂
  • 仿函数对象 --> 要定义一个类，用的时候有点麻烦，不适合统一类型
  • lambda --> 没有类型概念(类型对我们没有用)

在这里插入图片描述

1.1 function包装器

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。std::function在头文件。

function类模板原型

template <class T>  function; // undefind

template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;

模板参数说明：
    Ret : 被调用函数的返回类型
    Args…：被调用函数的形参

function不是定义可调用对象，而是包装可调用对象

function<int(int,int)> fc1;
	      ↑      ↑
      返回值类型  形参类型列表

1.2 function使用场景(对上面的修改)

#include <functional>
template<class F, class T>
    T useF(F f, T x)
{
    static int count = 0;
    cout << "count:" << ++count << endl;
    cout << "count:" << &count << endl;
    return f(x);
}
double f(double i)
{
    return i / 2;
}
struct Functor
{
    double operator()(double d)
    {
        return d / 3;
    }
};
int main()
{
    // 函数名
    std::function<double(double)> func1 = f;
    cout << useF(func1, 11.11) << endl;

    // 函数对象
    std::function<double(double)> func2 = Functor();
    cout << useF(func2, 11.11) << endl;

    // lamber表达式
    std::function<double(double)> func3 = [](double d)->double { return d / 4; };
    cout << useF(func3, 11.11) << endl;
    return 0;
}

通过以上代码，可以更好地去了解包装可调用对象，达到统一的作用。不妨在看一个场景。

在这里插入图片描述

主要是看红色框起来的地方跟左边代码对比，其实逻辑是大致相同，如果遇到操作符进行对应的运算，左边是通过switch分支语句实现，右边则是通过map的kv模型，将对于运算符(这里是字符)和包装器联系在一起，而包装器是对可调用对象进行包装，保证了不同的操作符对应不同仿函数的逻辑。然后下面返回仿函数直接调用就行了。将可调用函数跟数值联系起来并且存储在map类中。

三、bind绑定

3.1 bind概念

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fn，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。

// 原型如下：
template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn&& fn, Args&&... args);

// with return type (2)
template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn&& fn, Args&&... args);

可以将bind函数看作一个通用的函数适配器，它接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来"适应"原对象的参数列表

调用bind的一般形式:auto newCallable ==bind(callable,arg_list)；

参数部分:

  1. newCallable本身是一个可调用对象
  2. 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，neweCallable会调用callable，并传给它arg_list中的参数。

3.2 placeholders

在这里插入图片描述

arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是"占位符"，表示newCallable的参数的"位置"。数值n表示n生成的可调用对象中参数的位置: _1未newCallable的第一个参数， _2为第二个参数。以此类推。

在这里插入图片描述

std::placeholders::_1、std::placeholders::_2 等是 C++11 标准引入的占位符，用于绑定函数对象时表示参数的位置。它们依次表示函数的第一个、第二个、第三个参数，以此类推。

在这里插入图片描述

std::bind 这里绑定了 fx 函数的第一个参数 s 为字符串 name（即“王昭君”），并将第二个参数和第三个参数的位置分别用 _1 和 _2 来占位。这意味着生成的 f 是一个新的可调用对象，它接受两个参数，分别用于 fx 的第二个参数 x 和第三个参数 y。

std::placeholders::_1 和 _2 指定了新函数对象 f 的参数传递到原函数 fx 的对应位置，分别表示第二个和第三个参数位置。

在这里插入图片描述

以上就是本篇文章的所有内容，在此感谢大家的观看！这里是店小二呀C++笔记，希望对你在学习C++语言旅途中有所帮助！

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Qwen2.5-7B大模型微调记录 研究需要&#xff0c;需要搞一个大模型出来&#xff0c;没有太多的时间自己训练&#xff0c;准备用现成的开源大模型&#xff0c;然后结合研究方向进行微调 前前后后折腾大半个月&#xff0c;总算做完了第一个微调的大模型&#xff0c;模型基于阿里…
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VUE_使用el.animate实现自定义指令抖动效果

VUE_使用el.animate实现自定义指令抖动效果

// 在 Vue 2 中注册自定义指令 Vue.directive(shake,{// 当被绑定的元素插入到 DOM 中时inserted(el, binding){let value binding.valueconsole.log(el, binding)// 设置 transform-origin 样式el.style.transformOrigin center bottom;const keyframes [{ transform: rota…
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多级反馈队列调度算法

多级反馈队列调度算法

参考一 多级反馈队列调度算法 背景/需求分析 在科学技术迅速发展的当代以及经济发展的需求,服务器和任务的数量都在高速增长,同时资源调度的方式以及数量也在成倍增长&#xff0c;目前存在的多种调度算法中&#xff0c;有的调度算法有利于长作业&#xff0c;有的有利于短作业…
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ShuffleNet：一种为移动设备设计的极致高效的卷积神经网络

ShuffleNet：一种为移动设备设计的极致高效的卷积神经网络

摘要 https://arxiv.org/pdf/1707.01083 我们介绍了一种名为ShuffleNet的计算效率极高的卷积神经网络&#xff08;CNN&#xff09;架构&#xff0c;该架构专为计算能力非常有限的移动设备&#xff08;例如10-150 MFLOPs&#xff09;而设计。新架构利用两种新操作&#xff1a;逐…
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