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【C++11特性】Lambda表达式（匿名函数）

news 来源：原创 2025/4/29 10:33:13

一、函数对象

在C++中，我们把所有能当作函数使用的对象当作函数对象。
一般来说，如果我们列出一个对象，而它的后面又跟有由花括号包裹的参数列表，就像fun(arg1, arg2, …)，这个对象就被称为函数对象。函数对象大致可分为以下几类：

1）函数类

函数类，即重载了（）括号操作符。
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其可以直接通过该类对象 val（）调用，其与直接定义val（）效果一致。
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优势：

a）函数对象的类是我们自定义的，所以类中可以自定义状态变量，该函数对象多次调用过程中可以共享该状态，灵活度比函数调用更高。
b）函数对象有自己特有的类型，而普通函数无类型可言。因此我们在使用STL的时候，可以传递相应类型作为参数来实例化模版，实现我们自己的规则。

2）Lambda

2.1、概述：

C++ 11 中的 Lambda 表达式用于定义并创建匿名的函数对象，以简化编程工作。
在QT之前的总结中，我们可以知道其是通过外部的 [ ] 来明确函数体内部可以访问的外部变量，这个过程称为Lambda表达式 “捕获” 了外部变量。
类似参数传递方式（值传递、引入传递、指针传递），在Lambda表达式中，外部变量的捕获方式也有值捕获、引用捕获、隐式捕获。

语法格式：

[函数对象参数] (操作符重载函数参数) mutable 或 exception 声明 -> 返回值类型 {函数体}

a.函数对象参数：
表示Lambda表达式开始，这部分必须存在。[ ] 中引用的变量，称作闭包。
函数对象参数具体有以下形式：
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b.操作符重载函数参数：
标识重载的 () 操作符的参数，没有参数时，这部分可以省略。参数可以通过
按值（如: (a, b)）和按引用 (如: (&a, &b)) 两种方式进行传递。

c.mutable 或 exception 声明
这部分可以省略。添加mutable修饰，可以修改传递进来的拷贝。而
exceptions声明用来指定函数抛出异常，感觉用得比较少。

d.-> 返回值类型
标识函数返回值的类型，当返回值为 void，或者函数体中只有一处 return 的
地方（此时编译器可以自动推断出返回值类型）时，这部分可以省略。

e.{函数体}
可为空，但不可省略。

2.2、实例应用：

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【注：图中实例暂未运行成功，不知道是不是没有按照C++11编译】
这样的代码编译的时候，lambda会自动生成一个类，其的成员变量对应每一个捕获到的变量，这跟上面说道的函数类类似，如下图：
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3）std : : function类

当需要一个非模版函数对象作为类的成员或函数参数时，你必须指定函数对象的具体类型，C++没有这样的基类，但标准库中提供了一个模版类std::function来代表所有函数对象。
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std::function抽象了函数对象的类型和参数，因此无论普通函数，还是函数指针、lambdas，又或是任何可以被当做函数使用的对象，只要拥有相同参数和返回值，均可以用同一类std::function表示。
尽管std::function非常有用，但是它也带来了性能损失。这是因为为了隐藏包含的函数对象类型，提供通用的调用接口，std::function使用了叫做type erasure（类型擦除）的技术。
简单来说是通过虚函数的调用在运行期来决定具体调用，因此编译器无法内联（inline）函数调用，也无法进行更多优化。

【注：类型擦除在后续文章中总结。】

实例：
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4）std : : bind（参数绑定）和闭包

大多数的编程范式都提供了提高代码重用的方式，比如在面向对象编程中，我们可以通过抽象出特定类来将复杂系统拆分成小的组件，在降低耦合的同时也可以分开设计、测试代码。
而在函数式编程中，我们可以通过标准库std::bind来创造闭包。
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std::bind返回一个基于f的函数对象，其参数被绑定到args上。f的参数要么被绑定到值，要么被绑定到placeholders（占位符，如_1, _2, …, _n）。
通过std::bind，我们可以为同一个类的不同对象分配不同的实现，从而实现不同的行为。这种方式使得我们不需要设计继承和多态的架构，为程序库设计提供了新方式。