浅谈C++11闭包的实现

什么是闭包

闭包是一种特殊的函数，它可以访问它的外部作用域中的变量，并且可以在离开作用域后仍然继续访问这些变量。在C++中，闭包通常会通过lambda函数来实现。

Lambda表达式简介

Lambda表达式是C++11引入的新特性，它是一种匿名函数，可以用于定义匿名临时函数对象。Lambda表达式通常有以下形式：

[capture list] (params list) mutable exception -> return type { 

    // Lambda function body 

}

其中，capture list指定了需要捕获的变量；params list指定了函数参数列表；mutable指示了是否可以修改捕获的变量；exception指定了异常声明；return type指定了返回值类型；Lambda function body则指定了函数体。

C++11闭包实现过程

在C++11中，闭包通常会通过生成一个回调函数对象实现。下面是一个简单的例子：

#include <iostream>

using namespace std;

function<int(int)> increment(int x) {

    return [x](int y) {

        return x + y;

    };

}

int main() {

    auto inc = increment(10);

    cout << inc(20) << endl; // 输出 30

    return 0;

}

在该例子中，increment函数返回一个闭包Lambda函数，该Lambda函数可以访问increment函数中的x局部变量，并且可以在运行时访问传递给它的参数y。最后，我们将返回的Lambda函数赋值给了inc对象，并且调用它来计算10+20，结果为30。

示例一：自定义运算符闭包

下面是一个使用闭包实现自定义运算符的示例。我们可以通过在闭包中实现自定义运算符的运算方式，来实现变态的运算方式。下面是代码：

#include <iostream>

using namespace std;

auto custom_opr(char op) {

    switch (op) {

        case '+': return [](int x, int y) { return x + y; };

        case '-': return [](int x, int y) { return x - y; };

        case '*': return [](int x, int y) { return x * y; };

        case '/': return [](int x, int y) { return (double) x / y; };

        default: return [](int x, int y) { return 0; };

    }

}

int main() {

    auto op = custom_opr('/');

    cout << op(6, 3) << endl; // 输出 2

    return 0;

}

该示例中，我们通过一个custom_opr函数，根据传入的参数op返回一个闭包函数对象。该闭包函数会根据特定的运算符实现对两个数的运算，我们可以很方便地实现自定义的运算。

示例二：利用闭包实现memoization

memoization是一种优化技术，即缓存计算结果，避免重复计算。我们可以利用闭包来方便地实现memoization。下面是代码：

#include <iostream>
#include <map>
#include <functional>

using namespace std;

function<int(int)> fib = [](int n) {

    static map<int, int> memo{{0, 0}, {1, 1}};

    auto it = memo.find(n);

    if (it != memo.end()) {

        return it->second;

    }

    auto result = fib(n-1) + fib(n-2);

    memo[n] = result;

    return result;

};

int main() {

    cout << fib(30) << endl; // 输出 832040

    return 0;

}

在该示例中，我们定义一个fib函数，它使用了一个静态的map变量memo来缓存计算结果。在第一次调用fib时，闭包函数会在memo中查找该值是否已经计算过，如果已经计算过则直接返回结果，否则会计算结果并保存到memo中。这样，当我们多次调用fib函数时，就可以避免重复计算，提高程序运行效率。

总结

C++11中的闭包是一种很方便的编程技术，它可以帮助我们实现复杂的编程逻辑。通过使用Lambda表达式，我们可以创建匿名函数对象，通过使用std::function类型，我们可以将Lambda函数当作函数对象进行调用，并且可以很方便地实现memoization等优化技术。