C++ 仿函数/函数指针/闭包lambda

在上一篇文章中介绍了C++11新引入的lambda表达式（C++支持闭包的实现），现在我们看一下lambda的出现对于我们编程习惯的影响，毕竟，C++11历经10年磨砺，出140新feature，对于我们的programming idiom有深远影响。我们先看一下是不是lambda的出现对于仿函数的影响。

1） 仿函数

wikipedia 的定义：

A function object, also called a functor, functional, or functionoid, is a computer programming construct allowing an object to be invoked or called like it was an ordinary function, usually with the same syntax.

Functor/Function Object翻译过来就是仿函数。它是通过重载()运算符模拟函数形为的类。也就是说，它不是函数（所以仿函数翻译的很贴切）。因为它重载了()运算符，因此可以像调用函数一样对它进行调用。STL中大量运用了Function Object，也提供了很多预先定义的Function Object。还是从vector遍历举例：

class PrintInt
{
public:
    void operator()(int elem) const
    {
        std::cout<<elem<<' ';
    }
};

std::vector<int> v;
for_each(v.begin(),v.end(), PrintInt()); 

//C++ 11 lambda stype
for_each(begin(v), end(v), [](int n){ cout<< n <<", "; });

仿函数的优点：

1.仿函数是对象，可以拥有成员函数和成员变量，即仿函数拥有状态(states)

2.每个仿函数都有自己的类型

3.仿函数通常比一般函数快（很多信息编译期确定）

首先简单看一下for_each的源码：

// TEMPLATE FUNCTION for_each
template<class _InIt,
    class _Fn1> inline
    _Fn1 for_each(_InIt _First, _InIt _Last, _Fn1 _Func)
    {    // perform function for each element

    _DEBUG_RANGE(_First, _Last);
    _DEBUG_POINTER(_Func);
    _CHECKED_BASE_TYPE(_InIt) _ChkFirst(_CHECKED_BASE(_First));
    _CHECKED_BASE_TYPE(_InIt) _ChkLast(_CHECKED_BASE(_Last));
    for (; _ChkFirst != _ChkLast; ++_ChkFirst)
        _Func(*_ChkFirst);
    return (_Func);
    }

//effective STL
template< typename InputIterator, typename Function >
Function for_each( InputIterator beg, InputIterator end, Function f ) {
    while ( beg != end )
        f( *beg++ );
}

简单来说， for_each就是一个模板函数，将for循环语句封装起来，前面两个参数都是迭代器，第三个参数是使用一个函数指针（或仿函数），其功能是对每一个迭代器所指向的值调用仿函数。

STL包括了许多不同的预定义的函数对象，包括算子(plus,minus,multiplies,divides,modulus和negate)，算术比较(equal_to,not_equal_to,greater,less,greater_equal和less_equal)，和逻辑操作(logical_and,logical_or和logical_not)。这样你就可以不用手动写新的函数对象而是用这些函数对象就可以组合出相当复杂的操作。

当然，为了仅仅是遍历vector并且输出，可以使用更简单的方式，我们第一个例子仅仅是为了说明仿函数怎么用。

copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator<int>(std::cout," "));

其实通过lambda，很多STL的仿函数可以不用。但是既然有轮子了，所以如果了解或者会使用这些仿函数，无疑会更能优美、高效的编写代码。

使用std::negate<int>()进行数组元素求反：

transform( vect.begin(), vect.end(), vect.begin(), std::negate<int>() ); 

// TEMPLATE STRUCT negate
template<class _Ty>   struct negate         : public unary_function<_Ty, _Ty>
 { // functor for unary operator-
   _Ty operator()(const _Ty& _Left) const
     { // apply operator- to operand
       return (-_Left);
     }
};

将容器中所有小于5的元素删除。

auto iter = std::remove_if( ivec.begin(), ivec.end(), std::bind2nd( std::less<int>(), 5 ) );
ivec.erase( iter, ivec.end() );

关于std::less<int>

// TEMPLATE STRUCT less
template<class _Ty>
    struct less
        : public binary_function<_Ty, _Ty, bool>
    { // functor for operator<
    bool operator()(const _Ty& _Left, const _Ty& _Right) const
        { // apply operator< to operands
        return (_Left < _Right);
        }
    };

关于bind2nd的实现，实现过程也有仿函数的运用：

// TEMPLATE FUNCTION bind2nd
template<class _Fn2,
    class _Ty> inline
    binder2nd<_Fn2> bind2nd(const _Fn2& _Func, const _Ty& _Right)
    { // return a binder2nd functor adapter

    typename _Fn2::second_argument_type _Val(_Right);
    return (std::binder2nd<_Fn2>(_Func, _Val));
    }

// TEMPLATE CLASS binder2nd
template<class _Fn2>
    class binder2nd
        : public unary_function<typename _Fn2::first_argument_type,
            typename _Fn2::result_type>
    { // functor adapter _Func(left, stored)
public:
    typedef unary_function<typename _Fn2::first_argument_type,
        typename _Fn2::result_type> _Base;
    typedef typename _Base::argument_type argument_type;
    typedef typename _Base::result_type result_type;

    binder2nd(const _Fn2& _Func,
        const typename _Fn2::second_argument_type& _Right)
        : op(_Func), value(_Right)
        { // construct from functor and right operand

        }

    result_type operator()(const argument_type& _Left) const
        { // apply functor to operands

        return (op(_Left, value));
        }

    result_type operator()(argument_type& _Left) const
        { // apply functor to operands

        return (op(_Left, value));
        }

protected:
    _Fn2 op; // the functor to apply
    typename _Fn2::second_argument_type value; // the right operand
};

综上所述，由于STL内置的仿函数功能强大，因此如果熟悉的话可以加以利用。否则，使用lambda也是不错的选择，毕竟，都能写出优雅的代码。

如果非要细分的话，lambda什么时候可以替代仿函数？我们需要从lambda的限制说起。这一点很大程度上是由lambda的捕捉列表的限制造成的。在现行C++11的标准中，捕捉列表仅能捕捉父作用域的自动变量。比如下面这个例子：

 int d = 0;
 void test()
 {
    auto ill_lambda = [d]{};
 }

g++会编译通过，但是会有warning。而一些严格遵照C++11标准的编译器则会直接报错。仿函数则没有次限制。

简单总结一下，使用lambda替代仿函数应该满足一下几个条件：

a) 是局限于一个局部作用域中使用的代码逻辑。

b) 这些代码逻辑需要作为参数进行传递。

lambda被设计的主要目的之一就是简化仿函数的使用，虽然语法看起来不像是“典型的C++”， 但是一旦熟悉之后，程序员就能准确的编写一个简单的，就地的，带状态的函数定义。当然了，如果需要全局共享的代码逻辑，我们还是需要用函数（无状态）或者仿函数（有状态）封装起来。

引用：

http://blog.chinaunix.net/uid-20384806-id-1954378.html