1.104、C++ 的闭包

1. 闭包的核心概念

• • 状态（上下文）：闭包捕获并持有定义时作用域中的变量（通过值或引用），使得函数调用时能够访问这些变量。
• • 函数对象：闭包是一个匿名的、重载了operator()的类实例，兼具数据和行为。
• • 带状态的函数：区别于普通函数，闭包“带上了状态”，即封装了外部变量。

2. C++中闭包的实现方式

• • 手写函数对象（仿函数）：定义一个类，成员变量保存状态，重载operator()实现调用。
• • std::bind绑定器：通过绑定函数和参数，生成带状态的函数对象。
• • Lambda表达式（C++11起）：语法糖，自动生成匿名闭包类，捕获外部变量，简洁高效。

3. Lambda表达式与闭包

Lambda表达式是创建闭包的最常用方式，其语法结构如下：

[capture_list](parameters) -> return_type { function_body }

• • 捕获列表（capture_list）：指定捕获外部变量的方式（按值[=]或按引用[&]）。
• • 参数列表：函数参数。
• • 返回类型（可选）：指定返回值类型。
• • 函数体：具体实现。

示例：

int x = 10;
auto closure = [x](int y) { return x + y; };  // 捕获x的副本
int result = closure(5);  // result == 15

4. 捕获方式的区别

• • 按值捕获（[=]）：闭包内部保存变量的副本，外部变量修改不影响闭包中值，闭包内变量默认不可修改（除非用mutable）。
• • 按引用捕获（[&]）：闭包内部保存变量的引用，外部变量修改会影响闭包，闭包内也可修改外部变量。

5. 闭包的应用场景

• • 作为回调函数或事件处理函数，携带状态。
• • 传递给STL算法（如std::sort、std::find_if）实现定制逻辑。
• • 异步编程和并行计算中，封装执行上下文。
• • 替代传统函数对象，简化代码，提高可读性。

6. 本质与底层实现

• • 编译器将Lambda表达式转换为一个匿名类，捕获的变量作为成员变量，operator()实现函数体。
• • 该匿名类实例即为闭包对象。
• • 通过auto或std::function变量保存闭包。

总结

C++闭包是带有捕获状态的函数对象，通过捕获外部变量，实现函数与状态的绑定。Lambda表达式是创建闭包的现代语法糖，简洁且高效。闭包广泛应用于函数式编程风格、STL算法和异步编程中，是现代C++不可或缺的编程工具。
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