參考《21天學通C++》第21與第22章節，對函式物件進行介紹，同時通過lambda表示式這一匿名函式物件的簡潔方式加深對函式物件的理解。本篇博文的主要內容是：

（1） 函式物件的概念；

（2） 將函式物件用作謂詞；

（3） 如何使用函式物件實現一元、二元謂詞；

（4） 如何編寫lambda表示式；

（5） 如何將lambda表示式用作謂詞；

（6） 如何編寫可儲存和可操作狀態的lambda表示式。

一、 函式物件

1. 函式物件的概念和種類

函式物件是C++實體，從概念上講，函式物件是用作函式的物件；從實現上說，函式物件是實現了operator()的類的物件。雖然函式和函式指標也可視為函式物件，但是吸納了operator()的類的物件才能儲存狀態，才能用於標準模板庫演算法。C++常用於STL演算法的函式物件可分為下面兩種型別：（1） 一元函式：接受一個引數的函式，如果一元函式返回一個布林值，稱之為謂詞；（2） 二元函式：接受兩個引數的函式，若返回bool，則稱為二元謂詞函式。返回bool值得函式物件常常用來進行判斷的演算法，組合兩個函式物件的函式物件稱之為自適應函式物件。

2. 函式物件的典型用途

（1） 一元函式的用途

對於STL演算法std::for_each()接受三個引數，第一個引數指定範圍的起點，第二個引數指定範圍的終點，第三個引數是要對指定範圍內的每個元素呼叫的函式。這個函式就可以通過一元謂詞實現，舉例如下：

template <typename elementType>

struct DisplayElement

{

void operator () (const elementType& element) const

{

cout<< element << ' ';

}

};

vector<int> vectorElement;

for_each(vectorElement.begin(), vectorElement.end(), DisplayElement<int> ());

這樣就可以使用STL演算法for_each來對指定範圍內的資料執行相同的函式方法。這裡也可以使用匿名函式物件，即lambda表示式，如下所示，將上面的for_each改造為相同的功能：

for_each(vectorElement.begin(), vectorElement.end(), [](int& element) { cout << element << ' ';});

如果能夠使用結構的物件來儲存資訊，則使用在結構中實現的函式物件的優點將顯現出來。

（2） 一元謂詞的用途

返回布林值的一元函式就是謂詞，這種函式可用於STL演算法的判斷。

一元謂詞被大量用於STL演算法中，例如，std::partition演算法使用一元謂詞來劃分範圍，stable_partition演算法也使用一元謂詞劃分範圍，但保持元素的相對順序不變。諸如std::find_if等查詢函式以及std::remove_if等刪除元素的函式也使用一元謂詞，其中std::remove_if刪除指定範圍內滿足謂詞條件的元素。

（3） 二元函式的用途

如果函式f(x,y)根據輸入引數返回一個值，它將很有用。這種二元函式可用於對兩個運算元執行運算，如加減乘除等。同樣實現最重要的operator（）。在std::transform等演算法中，可使用二元乘積函式計算兩個容器內容的點乘。

template <typename elementType>

class Multiply

{

public:

elementType operator () (const elmentType& elem1,const elmentType& elem2)

{ return (elem1 * elem2);}

}

vector<int> vecMultiplicand, vecMultiplier;

vector<int> vecResult;

transform(vecMultiplicand.begin(), vecMultiplicand.end(), vecMultiplier.begin(), vecResult.begin(), Multiply <int>());

transform將兩個範圍的內容相乘，並將結果儲存在第三個範圍中。這裡，這三個範圍分別儲存在型別std::vector的vecMultiplicand、vecMultiplier和vecResult中。乘法運算是通過呼叫二元函式Multiply::operator ()執行的，對源範圍和目標範圍內的每個元素都呼叫了該函式。operator()的返回值儲存在vecResult中。

（4） 二元謂詞的用途

接受兩個引數並返回一個布林值的函式是二元謂詞，這種函式用於諸如std::sort等STL函式中。使用排序二元謂詞實現排序，通過實現operator()來動態排序。

很多STL演算法都使用二元謂詞，比如刪除相鄰重複元素的std::unique()、排序演算法sort、排序並保持相對順序的std::stable_sort以及兩個範圍進行操作的std::transform。

（5） 總結

在結構或類中實現函式物件時，它將比簡單函式有用的多，因為它也可用於儲存與狀態相關的資訊。謂詞是一類特殊的函式物件。

二、 C++ lambda表示式

1. lambda表示概念

可將lambda表示式視為包含公有operator()的匿名結構（或類），從這種意義上說，lambda表示式屬於函式物件。從上面所講到的進行分析：

for_each(vectorElement.begin(), vectorElement.end(), [](int& element) { cout << element << ' ';});

編譯器加到下述lambda表示式時：[](int& element) { cout << element << ' ';}自動將其展開為類似結構DisplayElement<int>的表示：

struct DisplayElement

{

void operator () (const int& element) const

{

cout<< element << ' ';

}

};

2. 如何定義lambda表示式

以方括號[]打頭，告訴編譯器，接下來是一個lambda表示式，方括號後面是一個引數列表，該引數列表與不使用lambda表示式時提供給operator()引數列表相同。

3. 一元函式對應的lambda表示式

與一元operator（Type）對應的lambda表示式接收一個引數，定義如下：

[](Type paramName){ // lambda expression code here}也可用引用來傳參：[](Type& paramName){ // lambda expression code here}。

4. 一元謂詞對應的lambda表示式

謂詞可幫助做出決策，一元謂詞是返回bool型別的一元表示式。舉例如下：

[](int& Num){return ((Num % 2) == 0);}

在這裡，返回值的性質是為了讓編譯器知道該lambda表示式的返回型別為bool。在演算法中可將lambda表示式用於一元謂詞，如可在find_if中使用上述lambda表示式找出集合中的偶數。如果謂詞返回true，find_if將返回一個指向相應元素的迭代器，指出找到一個滿足條件的元素。

5. 通過捕獲列表接受狀態變數的lambda表示式

對於上面的一元謂詞實現在整數能被2整除時返回true，如果讓它更通用，在數字能被使用者指定除數整除時返回true，可採用狀態變數：

int Divisor = 2;

[Divisor ](int& Num){return ((Num % Divisor ) == 0);}

一系列以狀態變數的方式傳遞的引數，也被稱為lambda表示式的捕獲列表。

6. lambda表示式的通用語法

[StateVar1,StateVar1](Type& param) { // }

如果要在lambda表示式中修改這些狀態變數，可新增關鍵字multable:

[StateVar1, StateVar1](Type& param)  multable { // }

這樣便可在lambda表示式中修改捕獲列表[]中指定的變數，但離開lambda表示式後，這些修改便無效，要確保在lambda表示式內部對狀態變數的修改在其外部也有效，應按照引用傳遞它們：

[&StateVar1, &StateVar1](Type& param) { // }

lambda表示式還可以接受多個輸入引數，為此可用逗號分隔：

[StateVar1, StateVar1](Type1& param1，Type2& param2) { // }

如果要向編譯器明確指明返回型別，可使用->，如下：

[StateVar1, StateVar1](Type1& param1，Type2& param2)-> ReturnType { return (value or expression); }

最後，複合語句{}可包含多條用分號分割的語句：如下

[StateVar1, StateVar1](Type1& param1，Type2& param2)-> ReturnType { Statement 1； Statement 2；return (value or expression); }

如果lambda表示式包含多行程式碼，必須顯示地指明返回型別。

7. 二元函式對應的lambda表示式

二元函式接受兩個引數，還可返回一個值，與之等價的lambda表示式如下：

[...] (Type1& param1，Type2& param2){ // }

8. 二元謂詞對應的lambda表示式

返回true或false，可幫助決策的二元函式被稱為二元謂詞函式。這種謂詞可用於std::sort等排序演算法。

[...] (Type1& param1，Type2& param2){ return bool expression; }

9. 總結

僅當lambda表示式簡潔、高效時才能使用它；

記住lambda表示式總是以[]打頭；

除非使用關鍵字multable進行指定，否則不能修改捕獲列表中指定的狀態變數；

lambda表示式是實現了operator()的匿名類或結構；

注意使用const對引數進行限定；

lambda表示式的語句塊包含多條語句時，要顯式的指定返回型別；

不要使用很長的包含多條語句的lambda表示式，而應轉而使用函式物件，因為每次使用lambda表示式時，都要重新定義它，這無助於提高程式碼的重用性。

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2015-8-3