closure（闭包）、仿函数、std::function、bind、lambda

一、闭包

    closure（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。

    函数是代码, 状态是一组变量 ,将代码和一组变量捆绑 (bind) , 就形成了闭包 ,内部包含 static 变量的函数, 不是闭包, 因为这个 static 变量不能捆绑。 你不能捆绑不同的 static 变量。这个在编译的时候已经确定了。

    闭包的状态捆绑, 必须发生在运行时。

二、仿函数

    仿函数（functor）又称为函数对象（function object）是一个能行使函数功能的类。仿函数的语法几乎和我们普通的函数调用一样，不过作为仿函数的类，都必须重载operator()运算符。默认传入的 this 指针提供了访问成员变量的途径。事实上, lambda 和 bind 的原理都是这个。

class MyFunctor
{
public:
MyFunctor(float f) : round(f) {}
int operator()(float f) { return f + round; }
private:
float round = 0.5;
};
MyFunctor f(round);
    它既能像普通函数一样传入给定数量的参数，还能存储或者处理更多我们需要的有用信息：

class StringAppend{
public:
explicit StringAppend(const string& str) : ss(str){}
void operator() (const string& str) const{
cout<<str<<' '<<ss<<endl;
}
private:
const string ss;
};
StringAppend myFunc("is world");
myFunc("hello");
>>>hellois world
三、std::function

    通过std::function对C++中各种可调用实体（普通函数、Lambda表达式、函数指针、以及其它函数对象等）的封装，形成一个新的可调用的std::function对象。让我们不再纠结那么多的可调用实体，std::function对象是对C++中现有的可调用实体的一种类型安全的包裹（我们知道像函数指针这类可调用实体，是类型不安全的）。

#include <functional>
#include <iostream>
using namespace std;

std::function< int(int)> Functional;

// 普通函数
int TestFunc(int a)
{
return a;
}

// Lambda表达式
auto lambda = [](int a)->int{ return a; };

// 仿函数(functor)
class Functor
{
public:
int operator()(int a)
{
return a;
}
};

// 1.类成员函数
// 2.类静态函数
class TestClass
{
public:
int ClassMember(int a) { return a; }
static int StaticMember(int a) { return a; }
};

int main()
{
// 普通函数
Functional = TestFunc;
int result = Functional(10);
cout << "普通函数："<< result << endl;

// Lambda表达式
Functional = lambda;
result = Functional(20);
cout << "Lambda表达式："<< result << endl;

// 仿函数
Functor testFunctor;
Functional = testFunctor;
result = Functional(30);
cout << "仿函数："<< result << endl;

// 类成员函数
TestClass testObj;
Functional = std::bind(&TestClass::ClassMember, testObj, std::placeholders::_1);
result = Functional(40);
cout << "类成员函数："<< result << endl;

// 类静态函数
Functional = TestClass::StaticMember;
result = Functional(50);
cout << "类静态函数："<< result << endl;

return 0;
}    关于可调用实体转换为std::function对象需要遵守以下两条原则：
    1）转换后的std::function对象的参数能转换为可调用实体的参数；

    2）可调用实体的返回值能转换为std::function对象的返回值。

    std::function对象最大的用处就是在实现函数回调，使用者需要注意，它不能被用来检查相等或者不相等，但是可以与NULL或者nullptr进行比较。

四、bind

    bind是这样一种机制，它可以预先把指定可调用实体的某些参数绑定到已有的变量，产生一个新的可调用实体，这种机制在回调函数的使用过程中也颇为有用。C++98中，有两个函数bind1st和bind2nd，它们分别可以用来绑定functor的第一个和第二个参数，它们都是只可以绑定一个参数。各种限制，使得bind1st和bind2nd的可用性大大降低。C++0x中，提供了std::bind，它绑定的参数的个数不受限制，绑定的具体哪些参数也不受限制，由用户指定，这个bind才是真正意义上的绑定，有了它，bind1st和bind2nd就没啥用武之地了，因此C++0x中不推荐使用bind1st和bind2nd了，都是deprecated了。下面我们通过例子，来看看bind的用法：

#include < functional>

int Func(int x, int y);
auto bf1 = std::bind(Func, 10, std::placeholders::_1);
bf1(20); ///< same as Func(10, 20)

class A
{
public:
int Func(int x, int y);
};

A a;
auto bf2 = std::bind(&A::Func, a, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
bf2(10, 20); ///< same as a.Func(10, 20)

std::function< int(int)> bf3 = std::bind(&A::Func, a, std::placeholders::_1, 100);
bf3(10); ///< same as a.Func(10, 100)     上面的例子中，bf1是把一个两个参数普通函数的第一个参数绑定为10，生成了一个新的一个参数的可调用实体; bf2是把一个类成员函数绑定了类对象，生成了一个像普通函数一样的新的可调用实体; bf3是把类成员函数绑定了类对象和第二个参数，生成了一个新的std::function对象。看懂了上面的例子，下面我们来说说使用bind需要注意的一些事项：
    （1）bind预先绑定的参数需要传具体的变量或值进去，对于预先绑定的参数，是pass-by-value的。

    （2）对于不事先绑定的参数，需要传std::placeholders进去，从_1开始，依次递增。placeholder是pass-by-reference的。

    （3）bind的返回值是可调用实体，可以直接赋给std::function对象。

    （4）对于绑定的指针、引用类型的参数，使用者需要保证在可调用实体调用之前，这些参数是可用的。

    （5）类的this可以通过对象或者指针来绑定。

五、lambda

    C++11 里提供的 lambda表达式是很好的语法糖，其本质和手写的函数对象没有区别。lambda就是用来实现closure的东西，它的最大用途也是在回调函数，它和前面讲的function和bind有着千丝万缕的关系。

vector< int> vec;
/// 1. simple lambda
auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [](int i) { return i > 50; });
class A
{
public:
bool operator(int i) const { return i > 50; }
};
auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), A());

/// 2. lambda return syntax
std::function< int(int)> square = [](int i) -> int { return i * i; }

/// 3. lambda expr: capture of local variable
{
int min_val = 10;
int max_val = 1000;

auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [=](int i) {
return i > min_val && i < max_val;
});

auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [&](int i) {
return i > min_val && i < max_val;
});

auto it = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), [=, &max_value](int i) {
return i > min_val && i < max_val;
});
}

/// 4. lambda expr: capture of class member
class A
{
public:
void DoSomething();

private:
std::vector<int> m_vec;
int m_min_val;
int m_max_va;
};

/// 4.1 capture member by this
void A::DoSomething()
{
auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [this](int i){
return i > m_min_val && i < m_max_val; });
}

/// 4.2 capture member by default pass-by-value
void A::DoSomething()
{
auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [=](int i){
return i > m_min_val && i < m_max_val; });
}

/// 4.3 capture member by default pass-by-reference
void A::DoSomething()
{
auto it = std::find_if(m_vec.begin(), m_vec.end(), [&](int i){
return i > m_min_val && i < m_max_val; });
}     上面的例子基本覆盖到了lambda表达的基本用法。我们一个个来分析每个例子（标号与上面代码注释中1，2，3，4一致）：
    （1）这是最简单的lambda表达式，可以认为用了lambda表达式的find_if和下面使用了functor的find_if是等价的

    （2）这个是有返回值的lambda表达式，返回值的语法如上面所示，通过->写在参数列表的括号后面。返回值在下面的情况下是可以省略的：

     a、 返回值是void的时候。

     b、lambda表达式的body中有return expr，且expr的类型与返回值的一样。

    （3）这个是lambda表达式capture本地局部变量的例子，这里三个小例子，分别是capture时不同的语法，第一个小例子中=表示capture的变量pass-by-value, 第二个小拿出中&表示capture的变量pass-by-reference，第三个小例子是说指定了default的pass-by-value, 但是max_value这个单独pass-by-reference。

    （4）这个是lambda表达式capture类成员变量的例子，这里也有三个小例子。第一个小例子是通过this指针来capture成员变量，第二、三个是通过缺省的方式，只不过第二个是通过pass-by-value的方式，第三个是通过pass-by-reference的。

    分析完了上面的例子，我们来总结一下关于lambda表达式使用时的一些注意事项：

    （1）lambda表达式要使用引用变量，需要遵守下面的原则：

     a、 在调用上下文中的局部变量，只有capture了才可以引用（如上面的例子3所示）。

     b、非本地局部变量可以直接引用。

    （2）使用者需要注意，closure（lambda表达式生成的可调用实体）引用的变量（主要是指针和引用），在closure调用完成之前，必须保证可用，这一点和上面bind绑定参数之后生成的可调用实体是一致的。

    （3）关于lambda的用处，就是用来生成closure，而closure也是一种可调用实体，所以可以通过std::function对象来保存生成的closure，也可以直接用auto。

六、总结

1、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。

    当然最方便的还是让编译器帮你自动完成。编译器将自动识别closure用到的变量，然后创建一个匿名的类，将这个变量保存到匿名类的成员变量中。

    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。

2、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。

    std::function<int(float)> closure;

    closure = [](float f) { return 0.0f };

    closure = [](float f) { return 1.0f };

转自：http://blog.csdn.net/augusdi/article/details/11771699
http://www.jellythink.com/archives/771 http://www.cnblogs.com/decade-dnbc66/p/5347088.html http://www.cnblogs.com/Aion/p/3449756.html