【C++11】lambda表达式 || 函数包装器 || bind用法

1.lambda表达式

Lambda 表达式是 C++11 引入的一个非常强大的特性，它允许你在代码中定义匿名函数（没有名字的函数对象） ，常用于需要传递函数作为参数的地方，比如 STL 算法中的回调。

1.1基本语法

[capture](parameters) -> return_type {
    // 函数体
}

1.2捕获列表

捕获列表用于告诉编译器 lambda 表达式可以访问哪些外部变量。

1.3参数列表(parameters)

这部分和普通函数的参数列表一样。如果不需要参数，可以省略括号或者写成 ()。

[](int x, int y) { cout << x + y; }

1.4.返回类型 -> return_type

可以省略，如果省略的话，编译器会根据 return 语句自动推导返回类型。如果函数体没有 return，则返回 void。

[](int a, int b) -> int {
    return a + b;
}

1.5.使用示例

示例 1：最简单的 lambda 表达式

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto func = []() {
        cout << "Hello from lambda!" << endl;
    };
    
    func();  // 调用 lambda
    return 0;
}

示例 2：带参数和返回值的 lambda

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    auto sum = [](int a, int b) -> int {
        return a + b;
    };

    cout << "Sum: " << sum(3, 5) << endl;  // 输出 8
    return 0;
}

示例 3：捕获变量

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int x = 10;

    // 按值捕获 x
    auto f1 = [x]() { cout << "x = " << x << endl; };
    x = 20;
    f1();  // 输出 10（因为是按值捕获）

    // 按引用捕获 x
    auto f2 = [&x]() { cout << "x = " << x << endl; };
    x = 30;
    f2();  // 输出 30（因为是按引用捕获）

    return 0;
}

示例 4：在 STL 算法中使用 lambda

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用 for_each 遍历并打印
    for_each(v.begin(), v.end(), [](int n) {
        cout << n << " ";
    });

    cout << endl;

    // 使用 sort 排序，降序
    sort(v.begin(), v.end(), [](int a, int b) {
        return a > b;
    });

    return 0;
}

1.6注意事项

• Lambda 表达式本质上是一个函数对象（functor） ，由编译器自动生成。
• 如果你想要将 lambda 存储为函数指针，必须确保它不捕获任何变量（即捕获列表为空）。
• 可以将 lambda 作为参数传递给其他函数，如线程、事件处理等。
• 在类成员函数中使用 lambda 时，注意是否要捕获 this 来访问成员变量或方法。

1.7高级用法 mutable 和状态保持

默认情况下，lambda 的 operator() 是 const 的，不能修改按值捕获的变量。使用 mutable 可以解除这个限制。

int x = 10;
auto f = [x]() mutable {
    x += 5;
    cout << x << endl;
};
f();  // 输出 15
cout << x << endl;  // 还是 10（因为是按值捕获）

Lambda 表达式让 C++ 编程更加灵活简洁，尤其适用于算法、异步任务、事件驱动等场景。

 2.包装器function

在 C++ 中，函数包装器（Function Wrapper） 是一种能够封装各种可调用对象（如普通函数、lambda 表达式、函数对象、成员函数等）的通用机制。它们提供统一的接口来调用这些不同的可调用对象。

C++ 中主要的函数包装器有：

2.1.function

定义

#include <functional>
std::function<返回类型(参数类型...)> f;

它是一个模板类，用于封装任何可以调用的对象（函数、lambda、functor、绑定表达式等），只要它们的调用形式匹配 。

示例：

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>

void hello() {
    std::cout << "Hello from function!" << std::endl;
}

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    // 1. 包装普通函数
    std::function<void()> f1 = hello;
    f1();  // 输出: Hello from function!

    // 2. 包装 lambda 表达式
    std::function<int(int, int)> f2 = [](int a, int b) { return a * b; };
    std::cout << "Multiply: " << f2(3, 4) << std::endl;  // 输出: 12

    // 3. 包装函数指针
    std::function<int(int, int)> f3 = add;
    std::cout << "Add: " << f3(5, 6) << std::endl;  // 输出: 11

    // 4. 在 STL 算法中使用
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::function<void(int)> printFunc = [](int n) {
        std::cout << n << " ";
    };

    std::for_each(v.begin(), v.end(), printFunc);  // 输出: 1 2 3 4 5 

    return 0;
}

std::function 可以为空，使用前最好检查是否有效：

if (f1) f1();

• 如果赋值不匹配调用签名，编译器会报错。

• 内部使用了 类型擦除（type erasure） 技术，有一定的性能开销（但通常可以忽略）。

2.2  bind

定义：std::bind 用来将参数绑定到一个函数或可调用对象上，生成一个新的可调用对象。

示例：

#include <iostream>
#include <functional>

using namespace std::placeholders;

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

int main() {
    // 绑定第一个参数为 10
    auto func1 = std::bind(multiply, 10, _1);
    std::cout << func1(5) << std::endl;  // 输出 50 → multiply(10, 5)

    // 绑定第二个参数为 5
    auto func2 = std::bind(multiply, _1, 5);
    std::cout << func2(7) << std::endl;  // 输出 35 → multiply(7, 5)

    // 绑定两个参数
    auto func3 = std::bind(multiply, 2, 3);
    std::cout << func3() << std::endl;   // 输出 6

    return 0;
}

占位符 _1, _2...

• _1 表示第一个参数
• _2 表示第二个参数
• …依此类推

这些占位符定义在 <functional> 中的命名空间 std::placeholders。

结合 std::function 使用

std::function<int(int)> f = std::bind(multiply, 2, _1);
std::cout << f(5) << std::endl;  // 输出 10

2.3实际应用场景

场景 1：事件系统 / 回调机制

class Button {
public:
    using Callback = std::function<void()>;
    void setOnClick(Callback cb) {
        onClick = cb;
    }

    void click() {
        if (onClick) onClick();
    }

private:
    Callback onClick;
};

// 使用
Button btn;
btn.setOnClick([]() {
    std::cout << "Button clicked!" << std::endl;
});
btn.click();  // 输出: Button clicked!

场景 2：策略模式 / 算法选择

enum class Operation { Add, Multiply };

std::function<int(int, int)> getCalculator(Operation op) {
    if (op == Operation::Add)
        return [](int a, int b) { return a + b; };
    else
        return [](int a, int b) { return a * b; };
}

auto calc = getCalculator(Operation::Multiply);
std::cout << calc(3, 4) << std::endl;  // 输出 12