Effective Modern C++ 条款34 比起std::bind更偏向使用lambda

比起std::bind更偏向使用lambda

C++11的std::bind是C++98的std::bind1st和std::bind2nd的继承人，但是，通俗的说，std::bind在2005年的时候已经是标准库的一部分了，那个时候标准委员会采用了名为TR1的文档，里面就包含std::bind的说明。（在TR1中，bind在不同的命名空间，所以它是std::tr1::bind，而不是std::bind，接口和现在有点不同。）这个历史意味着一些开发者对std::bind已经有了十年的或者更多的开发经验了，如果你是他们中的一员，你可能不愿意放弃这个工作得好好的工具。这是可以理解的，但是在如今的情况下，作出改变是好的，因为在C++11，比起使用std::bind，lambda几乎总是更好的选择。到了C++14，lambda在这种情况中不只是变强了，它还披上了装甲。

该条款假设你熟悉std::bind，如果你不熟悉，那么在继续看下去之前，你要对它有基本的认识。这种的认识在某些情况下是值得的，因为你不会知道，在哪一个时间点，看代码或者维护代码时遇到std::bind。

就像条款32所说，我std::bind返回的函数对象称为绑定对象（bind object）。

比起std::bind更偏爱lambda的最主要原因是lambda的具有更好的可读性。举个例子，假设我们有个函数用来设置警报：

// 声明一个时间点的类型别名
using Time = std::chrono::steady_clock::time_point;

// 关于"enum class"看条款10
enum class Sound {Beep, Siren, Whistle };

// 声明一个时间长度的类型别名
using Duration = std::chrono::steady_cloak::duration;

// 在时间点t，发出警报声s，持续时间为d
void setAlarm(Time t, Sound s, Duration d);

进一步假设，在程序的某些地方，我们想要设置在一个小时之后发出警报，持续30秒。但是呢，警报的类型，依然是未决定的。我们可以写一个修改了

setAlarm

接口的lambda，从而只需要指定警报类型：

// setSoundL("L"指lambda)是一个允许指定警报类型的函数对象
// 警报在一个小时后触发，持续30秒
auto setSoundL =
[](Sound s)
{
using namespace std::chrono;

setAlarm(steady_clock::now() + hours(1),
s,
seconds(30));
};

注意看lambda里的

setAlarm

，这是一个正常的函数调用，就算只有一点lambda经验的读者都可以看出传递给lambda的参数会作为

setAlarm

的一个实参。

我们可以使用C++14对于秒(s)，毫秒(ms)，时(h)等标准后缀来简化代码，那是基于C++11的支持而照字面意思定义的。这些后缀在std::literals命名空间里实现，所以上面的代码可以写成这样：

auto setSoundL =
[](Sound s)
{
using namespace std::chrono;
using namespace std::literals;     // 为了得到C++14的后缀

setAlram(steady_clock::now() + 1h,   // C++14, 不过意思和上面相同
s,
30s);
};

我们第一次尝试写出对应的std::bind调用，代码在下面。我们在注释中说明它有个错误，但是正确的代码复杂得多，而这个简化的版本可以让我们看到重要的问题：

using namespace std::chrono;
using namespace std::literals;

using namespace std::placeholders;   // "_1"需要这个命名空间

auto setSoundB =                  // "B"对应"bind"
std::bind(setAlarm,
steady_clock::now() + 1h,    // 错误！看下面
_1,
30s);

这份代码的读者简单地知道在

setSoundB

里，std::bind会用指定时间点和持续时间来调用

setAlarm

。对于缺少经验的读者，占位符“_1”简直是个魔术，为了理解

setSoundB

的第一个实参会传递给

setAlarm

的第二个参数，读者需要聪明地把std::bind参数列表上占位符的数字和它的位置进行映射。这个实参的类型在std::bind没有说明，所以读者还需要去咨询

setAlarm

的声明，来决定传递给

setSoundB

的参数类型。

但是，如我所说，这代码不完全正确。在lambda中，很明显表达式“steady_clock::now() + 1h”是

setAlarm

的一个实参，当

setAlarm

调用时，表达式会被求值。那是行得通的：我们想要在调用了

setAlarm

后的一个小时触发警报。但在std::bind的调用中，“steady_clock::now() + 1h”作为实参传递给std::bind，而不是

setAlarm

，那意味着表达式在调用std::bind的时候已经被求值，那么表达式的结果时间会被存储在产生的绑定对象中。最终，警报会在调用了std::bind后的一个小时触发，而不是调用

setAlarm

后的一个小时！

解决这个问题需要告知std::bind推迟表达式的求值，直到

setAlarm

被调用，而这种办法需要在原来的std::bind内嵌入一个新的std::bind：

auto setSoundB =
std::bind(setAlarm,
std::bind(std::plus<>(), steady_clock::now(), 1h),
_1,
30s);

如果你熟悉来自C++98的std::plus，你可能会对这份代码感到惊奇，因为在两个方括号之间没有指定类型，即代码含有

std::plus<>

，而不是

std::plus<type>

。在C++14，标准操作符模板的模板类型参数可以被省略，所以这里提供类型给它。C++11没有提供这种特性，所以在C++11中对于lambda的std::bind等同物是这样的：

using namespace std::chrono;
using namespace std::placeholders;

auto setSoundB =
set::bind(setAlarm,
std::bind(std::plus<steady_clock::time_point>(),
steady_clock::now(),
hours(1)),
_1,
seconds(30));

如果，在现在这个时刻，lambda的实现看起来没有吸引力的话，你可能需要去检查一下视力了。

当

setAlarm

被重载，会出现一个新的问题。假如有个重载接受第四个参数来指定警报的音量：

enum class Volume { Normal, Loud, LoudPlusPlus };

void setAlarm(Time t, Sound s, Duration d, Volume v);

之前那个lambda还会工作得很好，因为重载决策会选择带有三个参数的

setAlarm

版本：

auto setSoundL =                  // 和以前
[](Sound s)
{
using namespace std::chrono;
using namespace std::literals;

setAlarm(steady_clock::now + 1h,    // 正确，调用
s,                         // 3参数版本的
30s);                      // setAlarm
};

另一方面，std::bind的调用，现在会编译失败：

auto setSoundB =
std::bind(setAlarm,
std::bind(std::plus<>(),
steady_clock::now(),
1h),
_1,
30s);

问题在于编译器没有办法决定哪个

setAlarm

应该被传递给std::bind，它拥有的只是一个函数名，而这单独的函数名是有歧义的。

为了让std::bind可以通过编译，

setAlarm

必须转换为合适的函数指针类型：

using SetAlarm3ParamType = void(*)(Time t, Sound s, Duration d);

auto setSoundB =   // 现在就ok了
std::bind(static_cast<SetAlarm3ParamType>(setAlarm),
std::bind(std::plus<>(),
steady_clocl::now()
1h),
_1,
30s);

但这又引出了lambda和std::bind的另一个不同之处。在

setSoundL

的函数调用操作符内（即，lambda的闭包类的函数调用操作符），是以普通函数调用的方式调用

setAlarm

，这可以被编译器以通用的方式内联：

setSoundL(Sound::Siren);   // setAlarm的函数体可能在这里内联

不过，在std::bind的调用中，传递了一个指向

setAlarm

的函数指针，而那意味着在

setSoundB

的函数调用操作符内（即，绑定对象的函数调用操作符），是以函数指针的方式调用

setAlarm

，而那意味着通过

setSoundB

调用的

setAlarm

，比通过

setSoundL

调用的

setAlarm

进行内联的可能性更低：

setSoundB(Sound::Siren);   // setAlarm的函数体在这里内联的可能性较低

因此，使用lambda生成的代码可能会比使用std::bind的快。

setAlarm

那个例子只是简单地调用了一个函数，如果你想做一些更复杂的事情，使用lambda的好处会更加明显。例如，思考这个C++14的lambda，返回它的实参是否在最小值（lowVal）和最大值（highVal）之间，

lowVal

和

highVal

都是局部变量：

auto betweenL =
[lowVal, highVal]
(const auto& val)         // C++14
{ return lowVal <= val && val <= highVal; };

std::bind也可以表达同样的东西，不过它为了保证工作正常运行而让代码变得晦涩：

using namespace std::placeholders;

auto betweenB =
std::bind(std::logical_and<>(),           // C++14
std::bind(std::less_equal<>(), lowVal, _1),
std::bind(std::less_equal<>(), _1, highVal));

在C++11，你还必须指定要比较的类型，所以std::bind的调用看起来是这样的：

auto betweenB =               // c++11版本
std::bind(std::logical_and<bool>(),
std::bind(std::less_equal<int>(), lowVal, _1),
std::bind(std::less_equal<int>(), _1, highVal));

当然，在C++11中，lambda不能使用auto形参，所以它也必须指定类型：

auto betweenL =           C++11版本
[lowVal, highVal]
(int val)
{ return lowVal <= val && val <= highVal; };

不管怎样，我希望我们能认同lambda的版本不仅代码更短，还具有更好的可读性和可维护性。

在早些时候，我提起过对于那些对std::bind没有经验的程序员，占位符（例如，_1，_2等）跟是魔术一样。不过，占位符的行为不是完全密封的。假设我们有一个用来精简拷贝Widget的函数，

enum class CompLevel { low, Normal, High };  // 精简等级

Widget compress(const Widget& w, CompLevel lev); // 对w进行精简拷贝

然后我们想要创建一个函数对象，它允许我们指定

Widget w

的精简级别，这是用std::bind创建的函数对象：

Widget w;

using namespace std::placeholders;

auto compressRateB = std::bind(compress, w, _1);

当我们把

w

传递给std::bind时，为了以后的

compress

调用，

w

会被存储起来，它存储在对象

compressRateB

中，但它是如何存储的呢——通过值还是引用呢？这是会导致不一样的结果，因为如果

w

在调用std::bind和调用

compressRateB

之间被修改，通过引用存储的

w

也会随之改变，而通过值存储就不会改变。

答案是通过值存储，你想知道答案的唯一办法就是知道std::bind是如何工作的；但在std::bind中没有任何迹象。对比使用lambda方法，

w

通过值捕获或通过引用捕获都是显式的：

auto compressRateL =
[w](CompLevel lev)     // w以值捕获,lev以值传递
{ return compress(w, lev); };

参数以何种方式传递也是显示的。在这里，很清楚地知道参数

lev

是以值传递的。因此：

CompressRateL(CompLevel::High);   // 参数以值传递

但在绑定对象里，参数是以什么方式传递的呢？

compressRateB(ConpLevel::High);    // 参数传递方式？

再次说明，想知答案的唯一办法是记住std::bind是怎样工作的。（答案是传递给绑定对象的所有参数都是通过引用的方式，因为绑定对象的函数调用操作符使用了完美转发。）

那么，对比lambda，使用std::bind的代码可读性不足、表达能力不足，还可能效率低。在C++14，没有理由使用std::bind。而在C++11，std::bind可以使用在受限的两个场合：

移动捕获。C++11的lambda没有提供移动捕获，但可以结合std::bind和lambda来效仿移动捕获。具体细节看条款32，那里也解释了C++11效仿C++14的lambda提供的初始化捕获的情况。

多态函数对象。因为绑定对象的函数调用操作符会使用完美转发，它可以接受任何类型的实参（条款30讲述了完美转发的限制）。这在你想要绑定一个函数调用操作符模板时有用。例如，给定这个类：

class PolyWidget {
public:
template<typename T>
void operator() (const T& param);
...
};

std::bind可以绑定

polyWidget

对象：

PolyWidget pw;

auto boundPW = std::bind(pw, _1);

然后

boundPW

可以绑定任何类型的实参：

boundPW(1930);      // 传递int到PolyWidget::operator()

boundPW(nullptr);   // 传递nullptr到PolyWidget::operator()

boundPW("Rosebud");   // 传递字符串到PolyWidget::operator()

这在C++11的lambda里无法做到，但是在C++14，使用auto形参就很容易做到了：

auto boundPW = [pw](const auto& param)
{ pw(param); }

当然，这些都是边缘情况，而且这种边缘情况会转瞬即逝，因为支持C++14的编译器已经越来越普遍。

2005年，bind非官方地加入了C++，比起它的前身有了很多的进步。而在C++11，lambda几乎要淘汰std::bind，而在C++14，std::bind已经没有需要使用的场合了。

总结

需要记住的2点：

比起使用std::bind，lambda有更好的可读性，更强的表达能力，可能还有更高的效率。

在C++11，只有在实现移动捕获或者绑定函数调用操作符模板时，std::bind可能是有用的。