一、闭包概念
闭包有很多种定义。其中一种说法是，闭包是带有上下文的函数(即有状态的函数)。也有人认为闭包是能够读取其他函数内部变量的函数。
闭包有属于自己的变量, 这些个变量的值是创建闭包的时候设置的, 并在调用闭包的时候, 可以访问这些变量。
函数是代码, 状态是一组变量，将代码和一组变量捆绑，就形成了闭包，内部包含static变量的函数不是闭包,因为static变量不能捆绑。你不能捆绑不同的 static 变量，这个在编译时已经确定了。
闭包的状态捆绑, 必须发生在运行时。
在C++中，闭包有三种实现方式:
1. 重载operator()函数 （即实现仿函数）
2. lambda表达式
3. 包装器（即function和bind）
二、重载operator()
因为闭包是一个函数+状态， 这个状态通过隐含的 this 指针传入，所以闭包必然是一个函数对象。因为成员变量就是极好的用于保存状态的工具，因此实现 operator() 运算符重载，该类的对象就能作为闭包使用。默认传入的 this 指针提供了访问成员变量的途径。
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> using namespace std; struct Goods{ Goods(const char* str, double price, int evaluate) :_name(str) , _price(price) , _evaluate(evaluate){} string _name; double _price; int _evaluate; //评价 }; 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()); for (auto& e : v) { cout << e._name << "\t" << e._price << "\t" << e._evaluate << endl; } cout << endl; sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater()); for (auto& e : v) { cout << e._name << "\t" << e._price << "\t" << e._evaluate << endl; } }
上面的写法太复杂了，每次为了实现一段闭包代码，都要重新去写一个函数对象类，特别是这些类的命名，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
三、lambda表达式
3.1 lambda表达式介绍
lambda表达式是一个匿名对象，用于创建匿名的函数对象，以简化编程工作。当lambda表达式有捕获变量时（即这个对象有自己的数据）就形成了闭包。lambda表达式的类型在C++11中被称为"闭包类型",每一个lambda表达式会产生一个临时对象(右值)。
利用lambda表达式即可解决上述问题。
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(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._price < g2._price; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._price > g2._price; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._evaluate < g2._evaluate; }); sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._evaluate > g2._evaluate; }); }
3.2 lambda表达式语法
[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }
3.2.1 [capture-list]捕捉列表
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。捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及是传值还是传引用。
3.2.2(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。
注意：参数列表中不能有默认参数，不支持可变参数，所有参数必须有参数名。
3.2.3 mutable关键字
在lambda表达式中，若以传值方式捕获外部变量，则函数体中不能修改该外部变量，否则会引发编译错误。使用mutable关键字用以说明表达式体内的代码可以修改值捕获的变量。使用该修饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。
#include<iostream> using namespace std; int main() { int a = 0; //auto f1 = [=] { return a++; }; // error，修改按值捕获的外部变量 auto f2 = [=]() mutable { ++a; cout << "a = " << a << endl;//值传递 }; f2();//1 cout << "a = " << a << endl;//0 return 0; }
3.2.4 ->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。
3.2.5 {statement}：函数体
在函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。
3.2.6 注意事项
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。(静态变量和全局变量都不可捕捉)
6. lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同。
7. lambda表达式可以向函数指针转换。前提是lambda函数并没有捕获任何变量,且函数指针所示的函数原型必须跟lambda有着相同的调用方式。
3.3 lambda表达式实现原理
从使用方式上来看，仿函数与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。
#include <iostream> using namespace std; 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); // lambda auto r2 = [=](double monty, int year)->double { return monty * rate * year; }; r2(10000, 2); return 0; }
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：若定义了一个lambda表达式，编译器底层会生成一个lambda_uuid类，该类中重载了operator()。所以说"匿名函数"仅仅是对上层程序员而言的，底层仍有一定的命名规则。
所以为什么lambda表达式之间不能相互赋值？
因为各个lambda表达式属于不同的类(即使看起来类型相同，但其uuid码不一致)
四、包装器
4.1 function
function包装器，也叫作适配器。C++中的function本质是一个类模板。
C++11中新增了std::function类模板,它是对C++中现有的可调用的一种类型安全的包裹,通过指定它的模板参数,用统一的方式处理lambda、函数对象、函数指针等，并允许保存和延迟执行它们
4.1.1 使用场景
#include <iostream> using namespace std; 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,x); } int f(int a, int b) { return a + b; } struct Functor { public: int operator() (int a, int b){ return a + b; } }; int main() { cout << useF(f, 11.11) << endl;//函数指针 cout << useF(Functor(), 11.11) << endl;//函数对象 //各个lambda表达式类型不同(lambda_uuid) cout << useF([](int a, int b)->int { return a + b; }, 11.11) << endl; cout << useF([](int a, int b)->int { return a + b; }, 11.11) << endl; cout << useF([](int a, int b)->int { return a + b; }, 11.11) << endl; cout << useF([](int a, int b)->int { return a + b; }, 11.11) << endl; cout << useF([](int a, int b)->int { return a + b; }, 11.11) << endl; return 0; }
用function即可解决上述问题
#include <iostream> #include <functional> using namespace std; 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,x); } int f(int a, int b) { return a + b; } struct Functor { public: int operator() (int a, int b){ return a + b; } }; int main() { std::function<int(int, int)> func1 = f; cout << useF(func1,11.11) << endl; std::function<int(int, int)> func2 = Functor(); cout << useF(func2, 11.11) << endl; std::function<int(int, int)> func3 = [](int a, int b)->int { return a + b; }; cout << useF(func3, 11.11) << endl; std::function<int(int, int)> func4 = [](int a, int b)->int { return a + b; }; cout << useF(func4, 11.11) << endl; return 0; }
4.1.2 包装类的成员函数
#include <iostream> #include <functional> using namespace std; class Plus { public: static int plusi(int a, int b){ return a + b; } double plusd(double a, double b){ return a + b; } }; int main() { std::function<int(int, int)> func4 = &Plus::plusi;//静态成员函数 cout << func4(1, 2) << endl; std::function<double(Plus, double, double)> func5 = &Plus::plusd;//普通成员函数 cout << func5(Plus(), 1.1, 2.2) << endl; return 0; }
4.2 bind
bind通过把外部变量和函数绑定在一起实现闭包。
std::bind函数定义在<functional>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，通过绑定一些参数，返回一个接收M个参数的新函数(即调整参数个数)。同时，使用std::bind函数还可以实现调整参数顺序等操作。
4.2.1 调整参数个数
#include <iostream> #include <map> using namespace std; int Plus(int a, int b){ return a + b; } int Mul(int a, int b){ return a * b; } class Sub { public: int sub(int a, int b){ return a - b; } }; int main() { //无法用同种function包装器接收 function<int(int, int)> funcPlus = Plus; function<int(Sub, int, int)> funcSub = &Sub::sub; function<int(int, int)> funcMul = Mul; //通过bind调整Sub参数个数 map<string, function<int(int, int)>> opFuncMap = { { "+", Plus}, { "-", bind(&Sub::sub, Sub(), placeholders::_1, placeholders::_2)}, { "*", Mul} }; cout << opFuncMap["+"](1, 2) << endl; cout << opFuncMap["-"](1, 2) << endl; cout << opFuncMap["*"](1, 2) << endl; return 0; }
4.2.2 调整参数顺序
调整参数顺序这个功能的使用场景较少。
#include <iostream> using namespace std; int Div(int a, int b){ return a / b; } int main() { int x = 2, y = 10; cout << Div(x, y) << endl; function<int(int, int)> bindFunc = bind(Div, placeholders::_2, placeholders::_1); cout << bindFunc(x, y) << endl; return 0; }
