《Effective Modern C++》学习笔记之条款三十四：优先选用lambda表达式，而非std::bind

本文主要是介绍《Effective Modern C++》学习笔记之条款三十四：优先选用lambda表达式，而非std::bind，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

1. 先来点历史资料

std::bind是C++98中std::bind1st和std::bind2nd的后继特性，但是作为一种非标准特性而言，std::bind在2005年就已经是标准库的组成部分了。正是在那时，标准委员会接受了名称TR1的文档，里面就包含了std::bind的规格（在TR1中，bind位于不同的名字空间，所以是std::tr1::bind而非std::bind，还有一些借口细节与现在有所不同）。

2. 再来谈抛弃

这样的历史意味着，有些开发者已经有了十多年的std::bind开发经验。如果你是他们中的一员，那你可能不太情愿放弃这么一个运作良好的工具。这可以理解。但是对于这个特定的情况，改变是有收益的。

因为在C++11中，相对于bind，lambda式几乎总会是更好的选择。到了C++14，lambda不仅优势变大，更成为了不二之选。

3. 前置条件

该条款假设你熟悉std::bind。如果你还不熟悉，那么在继续阅读前，需要先熟悉他们。

这里和Item 32一样，std::bind返回的函数对象叫做绑定对象。

4. 开始说正事儿，优势列举

4.1 优势1：可读性更好

来个例子：

// 表示时刻的型别typedef（语法参见Item 9）
using Time = std::chrono::steady_clock::time_point;

// 关于“enum class”，参见Item 10
enum class Sound {Beep, Siren, Whistle};

// 表示时长的型别typedef
using Duration = std::chrono::steady_clock::duration;

// 在时刻t，发出声音s，持续时长d
void setAlarm(Time t, Sound s, Duration d);

这里进一步假设，在程序的某处，我们想要设置在一小时之后，发出警报并持续30秒。警报的具体声音，却尚未确定。

这么一来，我们可以撰写一个lambda式，修改setAlarm的接口，这个新的接口只需要指定声音即可：

// setSoundL("L"表示Lambda)是个函数对象
// 它接受指定一个声音
// 该声音将在设定后一小时发出，并持续30秒

auto setSoundL = 
        [](Sound s)
        {
            //使std::chrono组件不加限定饰词即可使用
            using namespace std::chrono;
            setAlarm(steady_clock::now() + hours(1),    //报警发出的时刻为1小时后
                     s,
                     seconds(30));                      //持续30秒
        };

如果是在C++14里，那么上述的代码可以写的更具可读性：

auto setSoundL = 
        [](Sound s)
        {
            using namespace std::chrono;
            using namespace std::literals;          //C++14支持实现后缀
            setAlarm(steady_clock::now() + 1h,      //这里直接用1h表示
                     s,
                     30s);                          //30s表示
        };

那么如果用std::bind来写会是什么样呢？下面的代码其实包含了一个错误，我们后续会修复它，先看看代码：

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

using namespace std::placeholders;      //这里是因为要用bind对应的占位符

auto setSoundB =                        //B表示bind
        std::bind(setAlarm, 
                  steady_clock::now() + 1h,    //这里有个错误！
                  _1,
                  30s);

对于初学者而言，这种“_1"占位符简直好比天书，但即使是行家，也许脑补出从阿占位符中数字到它在std::bind形参列表位置的映射关系，才能理解，在调用setSoundB时传入的第一个参数，会作为第二个实参传递给setAlarm。而且你还不知道这个实参的类型是什么，需要查看setAlarm的声明。

接下来看看错误在哪里：

在lambda式中，表达式steady_clock::now() + 1h是setAlarm的实参之一，这一点清清楚楚，该表达式会在setAlarm被调用的时刻评估求值。这样做合情合理，我们就是想要在setAlarm被调用后的一个小时之后启动报警。

在std::bind的调用中，steady_clock::now() + 1h作为实参被传递给了std::bind，而非setAlarm。意味着表达式评估求值的时刻是在调用std::bind的时刻，并且求得的时间结果会被存储在结果绑定对象中。最终导致的结果是，报警被设定的启动时刻是在调用std::bind的时刻之后的一个小时，而并非调用setAlarm的时刻之后的一个小时！
想解决这个问题，就像需要让std::bind来延迟表达式的评估求值到调用setAlarm的时候，而实现这一点的途径是在原来的std::bind上再嵌套一个std::bind.

//C++14，标准运算符模板的模板型别实参大多数情况可以不写
auto setSoundB = 
    std::bind(setAlarm,
              std::bind(std::plus<>(), steady_clock::now(), 1h),
              _1,
              30s);
//C++11
auto setSoundB = 
    std::bind(setAlarm,
                std::bind(std::plus<steady_clock::time_point>(),            
                          steady_clock::now(), 
                          hours(1)),
              _1,
              seconds(30));         

事情到这里，已经很明显的显示出lambda的优势了，可读性强了不少。

4.2 优势2：遇到重载也没事

一旦对setAlarm实施了重载，新的问题就会马上出现。

假如有个重载版本会接受第四个形参，用以指定报警的音量：

enum class Volume {Normal, Loud, LoudPlusPlus};
void setAlarm(Time t, Sound s, Duration d, Volume v);

之前的lambda表示没问题，可以正常调用3形参版本重载。

但是对std::bind的调用，就无法通过编译了：

auto setSoundB = 
    std::bind(setAlarm,     //错误！这里不知道如何选择了
                std::bind(std::plus<steady_clock::time_point>(),            
                          steady_clock::now(), 
                          hours(1)),
              _1,
              seconds(30));  

错误的根因在于编译器只拿到一个函数名，但是这个函数本身是多义的。

如果还是要让std::bind能运作，那么要写成这样：

using SetALarm3ParamType = void(*)(Time t, Sound s, Duration d);

auto setSoundB = 
    std::bind(static_cast<SetALarm3ParamType>(setAlarm),
                std::bind(std::plus<steady_clock::time_point>(),            
                          steady_clock::now(), 
                          hours(1)),
              _1,
              seconds(30));  

4.3 优势3：可能性更高的生成更快的代码

但即便你觉得这样写好，多写几行没什么问题，但这么写还是带来了更大的问题：
在SetSoundL的函数中，调用setAlarm采用的是常规的函数唤起方式，这么一来，编译器就可以用惯常的手法将其内联：

setSoundL(Sound::Siren);        //这里，setAlarm的函数体大可以被内联

可是，std::bind的调用传递了一个指涉到setAlarm的函数指针，而那就意味着setAlarm的调用是通过函数指针发生的。编译器不太会内联掉通过函数指针发起的函数调用，所以后一种写法被内联的几率大大降低。所以lambda式形式的调用被优化的可能性更高。

而不仅如此，上面的例子仅仅涉及一个函数调用，如果你想做的事情比这更复杂，使用lambda式的好处会急剧增大。

看下面一个例子，需求是判断某个参数是否在最大值和最小值之间：

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

//std::bind C++14

using namespace std::placeholders;

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

C++11还不支持模板泛型自动推导，还要改成这样：

//std::bind C++11

using namespace std::placeholders;

auto betweenB = 
    std::bind(std::logical_and<bool>(),
            std::bind(std::less_equal<int>(), lowVal, _1),
            std::bind(std::less_equal<int>(), _1, highVal));

这么一对比，已经太明显不过了。

4.4 std::bind的劣势

试想这样一个场景，需要压缩一个类，然后返回这个类的副本：

enum class CompLevel { Low, Normal, High};

Widget compress(const Widget& w, CompLeve lev)l

然后写了个函数对象包装一下：

Widget w;
using namespace std::placeholders;
auto compressRateB = std::bind(compress, w, _1);

但是这里w是按值传递的还是按引用传递的，就让人很迷惑了。（这里有个前提，std::bind默认就是按值传递的，如果要用按引用，要显示写成：

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

而lambda就很明显是按值：

auto compressRateL = 
    [w](CompLeve lev)
    { return compress(w, lev);};

不仅仅是这里声明和定义的地方让人迷惑，调用的形式也让人不清不楚：

//Lambda式
compresssRateL(CompLevel::High);        //实参按值传递
//bind式
compresssRateB(CompLevel::High);        //这里是按照什么呢？

答案又会让你出乎意料，而且还是死记硬背没有原因的：

std::bind的工作原理，绑定对象的所有实参都是按引用传递的，因为此种对象的函数调用运算符利用了完美转发。

5. 结论

C++14里已经可以忘记std::bind了。

C++11里还有两种受限场合可以使用：

移动捕获：C++11语言不支持初始化捕获，只能用bind来模拟，详见Item 32

多态函数对象： 因为绑定对象的函数调用运算符利用了完美转发，它就可以接受任何型别的实参（除了在Item 30中提到的受限情况外）。这个特点再你想要绑定的对象具有一个函数调用运算符模板是，是有利用价值的。

例如：

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

这里来个bind：

PolyWidget pw;

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

这样一来，boundPw就可以通过任意性别的实参加以调用：

boundPw(1995);

boundPw(nullptr);

boundPw("Adam Xiao");

在C++11中的lambda式是办不到的，因为不支持泛型，但是C++14里依旧可以做到

//C++14

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

要点速记

1.  lambda式比起使用std::bind而言，可读性更好，表达力更强，可能运行效率更高。

2. 仅在C++11中，std::bind在实现移动捕获，或是多态函数对象的时候，还有余热可以发挥。
    

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