C++函数对象与lambda表达式：灵活代码编写的11条秘密武器


参考资源链接：[C++面向对象程序设计课后习题答案-陈维兴等人](https://wenku.csdn.net/doc/6412b77fbe7fbd1778d4a80e?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. C++函数对象与lambda表达式的简介

C++中的函数对象和lambda表达式是两种强大而灵活的工具，它们让开发者能够以更高级的方式进行编程。函数对象，也被称作仿函数（Functors），允许开发者创建可以像函数一样被调用的对象。Lambda表达式，引入自C++11，提供了一种简洁定义匿名函数的方式。在本章中，我们将对这些概念进行基础性介绍，为理解后续章节内容打下坚实的基础。

# 2. 深入理解函数对象

## 2.1 函数对象的定义与使用

### 2.1.1 函数对象的概念

函数对象（Function Object），在C++中是一种可以像普通函数那样被调用的对象。通过重载`operator()`，使得任何拥有这个操作符的对象都可以像使用函数一样被调用。它们常常被用于STL算法中，比如作为排序函数的参数，或者在需要回调机制的场合。

函数对象与普通函数相比，具有以下几个优点：

- 函数对象可以携带状态信息。由于可以包含数据成员，函数对象能够存储从创建到销毁过程中需要的所有信息。
- 函数对象可以拥有多个操作符重载，提供更丰富的接口。
- 函数对象可以更方便地与STL容器和算法集成。

### 2.1.2 函数对象的创建和使用方法

在C++中，创建函数对象通常涉及定义一个类，并重载`operator()`，以下是一个简单的例子：

#include <iostream>

class MyFunctionObject {
public:
    int operator() (int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    MyFunctionObject obj;
    std::cout << "The result is: " << obj(2, 3) << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，`MyFunctionObject`类定义了一个`operator()`方法，该方法接收两个`int`参数并返回它们的和。在`main`函数中，我们创建了`MyFunctionObject`的实例，并像调用普通函数那样调用了`obj`。

### 2.1.2 函数对象的应用

函数对象的应用非常广泛，几乎在任何需要函数回调的地方都可以使用。例如，STL算法`std::for_each`、`std::sort`等都可以接受函数对象作为参数。通过自定义函数对象，你可以实现排序、过滤、映射等操作。

#include <algorithm>
#include <vector>

class GreaterThanFive {
public:
    bool operator()(const int& value) {
        return value > 5;
    }
};

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
    std::for_each(vec.begin(), vec.end(), GreaterThanFive());
    for (const auto& v : vec) {
        std::cout << v << " ";
    }
    return 0;
}

上述代码定义了一个函数对象`GreaterThanFive`，并用它来过滤出`vec`中大于5的元素。输出将会是 `6 7 8 9`。

## 2.2 函数对象的内部机制

### 2.2.1 运算符重载

C++中，函数对象的核心是运算符重载，特别是`operator()`的重载。这个运算符允许对象可以像函数一样被调用。要重载这个运算符，只需要在类定义中添加一个返回类型，并提供一个包含任意参数列表的函数：

class FunctionObject {
public:
    // 运算符重载
    int operator()(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

### 2.2.2 函数对象与仿函数

在STL中，函数对象通常也被称为仿函数（Functor）。仿函数是泛型编程中的一个基本概念，它为各种算法提供了一个灵活的操作接口。它们的出现，特别是与模板的结合使用，使得算法的通用性和复用性大大提高。

函数对象不仅仅局限于操作符`()`，STL中的一些仿函数还重载了其他运算符，如比较运算符`<`和`>`等，以适应特定算法的需求。下面是STL中`std::greater`仿函数的一个例子：

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

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::sort(vec.begin(), vec.end(), std::greater<int>());
    for (int v : vec) {
        std::cout << v << " ";
    }
    return 0;
}

这段代码使用了`std::greater<int>()`仿函数对一个整数向量进行降序排序。输出将会是 `5 4 3 2 1`。

# 3. 掌握lambda表达式的奥秘

## 3.1 lambda表达式的语法规则

### 3.1.1 基础语法结构

Lambda表达式是在C++11标准中引入的一项特性，它允许程序员以一种简洁的方式创建匿名函数对象。其基础语法结构可以概括为以下几个部分：

[capture](parameters) -> return_type { 
  //