c++和闭包

Dear 丶 2022-05-15 03:20 151阅读 0赞

#### 写在前面 ####

> 之前理解了python当中的闭包的概念和使用，虽然对比而言c++不支持函数的嵌套定义但是c++可否也实现闭包的功能呢？

#### 主要内容 ####

闭包有很多种定义，一种说法是，闭包是带有上下文的函数。说白了，就是有状态的函数。更直接一些，不就是个类吗？换了个名字而已。  
一个函数, 带上了一个状态, 就变成了闭包了. 什么叫 “带上状态” 呢? 意思是这个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.

> 闭包的状态捆绑, 必须发生在运行时.

C++ 里使用闭包有３个办法:

> 仿函数，重载（操作符的class）

因为闭包是一个函数+一个状态, 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.

> lambda 表达式

c++11 里提供的 lambda表达式就是很好的语法糖. 其本质和手写的函数对象没有区别.

float round = 0.5;
    auto f = [=](float f) { return f + round; }

> boost::bind/std::bind

标准库提供的 bind 是更加强大的语法糖, 将手写需要很多很多代码的闭包, 浓缩到一行 bind 就可以搞定了

int boost_func(float f, float round)
    { return f + round; }
    float round = 0.5;
    boost::function<int(float)> f = boost::bind(boost_func, _1, round);

> 细节

*  closure的状态特指其运行的上下文。 closure将存贮它运行时需要的上下文，从而保证在closure创建时的上下文可以在closure运行时依然有效。比如round就是closure的上下文。保存上下文的这一特点通常**被称作“capture”或者是”bind”。** capture可以自己写，比如MyFuctor f(round); 也可以用boost::bind。
 *  C++中有两种capture方式，by value和by reference。写法是\[=\]和\[&\]。需要注意的是，capture by reference是不会修改被capture变量的生命周期的，你要保证被capture的变量在closure运行时是有效的。这一点不像Java，Java中变量被capture的话，就变成被引用了，从而GC不会回收它。
 *  closure的类型是隐藏的，每次创建一个closure，编译器都会创建一个新的类型。如果你想保存一个clousre时就不是那么直接，因为你不知道它的类型。这时那需要一些模板技巧，可参考boost::function的实现。简单的方式是直接用std::function来保存。

一个c++当中含有闭包之后的例子：  
[C++: C没有闭包真的很痛苦……][C_ C]

> c++ 为什么要引入lambda闭包

大势所趋， java c\#都引入了。 现在一些新的语言都支持函数编程的， 什么js go swift rust python都有这个功能。如果你的程序里面有大量的回调（如排序， 查找） 这个表达式可以让代码长度降低不少。 另外闭包机制也让程序更加灵活

在大多数函数式语言中，不允许函数有副作用，即函数不能访问或改变外部状态（比如全局变量），这样做极大方便了单元测试和bug 定位以及并发，但是在一些函数式语言中对函数副作用的要求稍稍放宽了限制，引入了词法闭包（lexical closure）,允许函数可以保留自己的context, 以便设计出传出值是函数的函数。

[C_ C]: https://www.cnblogs.com/egametang/archive/2012/04/23/2466728.html