Preface
所謂函數對象，是指重載了operator()的類型，在行爲上這種類型可以當做函數調用，如下例所示：
class Base
{
public:
// 重載的括號運算符
void operator()(void) { std::cout << "This is a Base class!" << std::endl; }
};
int main()
{
// 調用括號運算符
Base x;
x();
}
但是這種調用必須先實例化一個類，而Lambda表達式則免去了定義和實例化的繁瑣：
int main()
{
// 定義一個Lambda
auto f = []() { std::cout << "I'm a Lambda!" << std::endl; };
// 調用它
f();
}
注意上面這段代碼，首先f只是Lambda表達式的別名，它並不是表達式本體；觀察定義式賦值的右邊，[]取代了函數名，使之成爲了一個不具名函數，()是形參列表，這裏使用了一個空的形參列表，最後{}中是函數體，決定了該不具名函數的具體實現和功能——這就是一個完整的Lambda表達式，或者說叫做匿名函數
在定義Lambda表達式的別名時，一定注意使用auto關鍵字做自動類型推導，因爲在定義表達式的作用域中，每個表達式的類型都是獨一無二的，也無法使用基本類型進行描述
當然，從本質上說，Lambda表達式就是一個不具名的函數對象，因此Lambda表達式可以作爲函數參數傳入——傳入一個函數作爲參數，在C語言中也有這樣的語法，雖然只能傳遞函數指針
下面筆者將從C語言的函數指針開始，詳細描述一下函數指針、函數對象和Lambda的特性和使用
從C語言的函數指針說開去……
對大部分人來說，C語言的指針簡直就是一個噩夢，即便是熟悉指針語法的開發者，偶爾也會因爲野指針的問題而規避指針的使用——在這樣的大環境下，函數指針就無可避免的成爲了C語言中一個較爲小衆的語法……
我們已經知道在C語言中，各種變量（包括由register關鍵字修飾的）都有自己的地址——譬如，一個指針指向某一個地址，它自己也被存儲在一個地址中——函數在編譯後產生的二進制指令在執行時必然要放在內存中某處，那麼是否可以用一個指針指向此處？答案很明確，可以
可以說，在C語言中，任何可調用對象，包括變量和函數，都擁有自己的地址，即便變量被register關鍵字修飾——該關鍵字只是建議編譯器將變量放入寄存器中，實際上該變量仍然有可能被存放在內存中，只是無法取地址而已——只要有地址，即可表示爲指針……下面是一個簡單的例子：
int func(int x, int y) { return x+y; } // 函數定義
int (*f)(int, int) = func; // 函數指針定義
int z = f(1, 2); // 調用函數指針，z=3
注意在聲明函數指針時，必須使用()將*和指針名結合在一起，利用()的優先級聲明這個變量是指向某處的指針而非返回指針的函數；其次函數指針的類型就是要指向的函數的返回類型；除此之外，函數指針必須擁有和要指向的函數一致的形參列表
函數指針可以在聲明時完成初始化，如上例；也可以先聲明，在合適的時機再完成初始化，初始化的時候在賦值運算符兩側均可省略返回類型和形參列表
到這裏可能有讀者要問了，這麼搞豈不是多此一舉？當然不是，考慮這麼一個場景：設計一個對數組進行排序的函數，要求可以實現升序/降序兩種排序方式
對這個需求進行分析，排序無非是由比較和交換兩種操作組合成的——顯然，升序還是降序這個問題肯定是由比較操作說了算——但是升序和降序是互斥的，C語言沒有函數重載特性，不可能說一個函數名實現兩種比較方式，這個時候，某位開發者靈機一動，爲什麼不讓用戶決定排序的方式呢？允許用戶傳入一個比較函數作爲參數，似乎是一種更省力的方式……
那麼基於這種想法，可以給出這個排序函數一種可能的聲明（只針對整形）：
void qsort(
int* base,
size_t _sizeofElements,
bool (*cmp)(const void* a, const void* b) // 函數指針做形參
);
顯然這個函數有三個參數，第一參數是指定開始排序的地址，第二參數是指定參與排序的元素的數目，第三參數就是由用戶決定的比較函數的指針，這樣傳入不同的比較函數，那麼排序的結果也不相同
實際上，C語言標準庫中的qsort()函數就是使用類似的方法聲明和實現的，截止到C11標準，想在函數中應用某種“規則”，依然只能依賴函數指針的方式
不過在介紹向函數中傳入函數對象或者Lambda之前，先要介紹一下Lambda中的捕獲(Capture)
Lambda表達式的具體語法
在開篇中已經介紹過Lambda的語法，這裏對一些特殊語法進行補充說明
空的形參列表
如果Lambda函數具有一個空的形參列表，那麼這個形參列表可以省略：
auto f = [] { std::cout << "Lambda without ()!" << std::endl; };
返回類型
如果定義的Lambda函數擁有返回類型，返回類型需要附在形參列表後，以如下的方式聲明返回類型：
auto f = [](const int&x , const int& y) -> bool { return x > y; }; // 定義一個比較兩數大小的函數
bool _flag = f(2, 3); // false
如果返回類型是基本類型，則可以省略
捕獲
Lambda表達式最重要的功能就是捕獲了，通過捕獲Lambda可以訪問同作用域裏其他的局部變量或者全局變量，與函數傳參類似，默認的捕獲方式也分爲兩種：
- 複製捕獲
在[]添加=，即可構成複製捕獲，如同按值傳遞一樣，在Lambda表達式內部將訪問一個捕獲變量的副本，對這個副本的任何操作都不會影響到原本的變量（在沒有mutable說明符的情況下，也不允許修改捕獲的變量）int x = 1; auto f = [=] { std::cout << x << std::endl; } // 打印捕獲到的變量x - 引用捕獲
引用捕獲類似於複製捕獲，將=替換爲&即可，如同按引用傳遞一樣，在Lambda內部可以任意修改被捕獲的變量，且修改會影響到變量本身的值：int x = 1; // x = 1 [&]() { x = 2; }(); // x = 2
如上，兩種默認捕獲方式可以捕獲同一作用域中所有的變量，也可以在[]中聲明要捕獲的變量以及捕獲方式，寫成捕獲列表的形式：
// 0. 僅按值捕獲變量x
[x] {};
// 1. 僅按引用捕獲變量x
[&x] {};
// 2. 按值捕獲變量x，對其他變量按引用捕獲
[&, x] {};
// 3. 按引用捕獲變量x，按值捕獲其他變量
[=, &x] {};
當然捕獲列表可以寫很長，但是無一例外都存在着三條規則：
- 當默認捕獲符爲
=時，後續對特定變量的捕獲必須帶有&； - 當默認捕獲符爲
&時，後續對特定變量的捕獲不能出現&; - 一個捕獲列表中不能出現相同的捕獲符，同一個變量名也不能出現兩次
說明符
在形參列表和返回值中間，可以添加說明符，在C++11中只有一個可用的說明符，mutable——該說明符意味着允許修改使用複製捕獲獲取的變量，事實上對於完全按引用捕獲的Lambda表達式，這個說明符是沒有意義的：
// 假設作用域中存在變量x = 0
auto f1 = [=] { x = 1; }; // Error: 不能通過編譯
auto f2 = [=] mutable { x = 1; }; // Correct: x = 0
auto f3 = [&] { x = 2; }; // Correct: x = 2
auto f4 = [&] mutable { x = 0; }; // Correct: x = 0
重載operator()
相對於其他可重載運算符的參數類型和個數都有限制，operator()可謂是非常自由——返回類型不固定，接收參數的類型不固定，接收參數的個數也不確定——當然這些在重載運算符時都要確定下來，對該運算符重載的唯一限制就是必須以成員函數的形式重載它
向函數中傳入函數對象或者Lambda
這裏通過一個簡單的例子展示一下函數對象和Lambda的使用
使用隨機數函數產生一個隨機序列，並統計其中可以被3和13整除的數字的個數，使用STL產生這個序列的代碼如下：
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <cmath>
#include <iostream>
...;
std::vector<int> nums(1000);
std::generate(nums.begin(), nums.end(), std::rand);
使用count_if函數進行計數，該函數需要傳入一個規則或者條件，在滿足該條件時計數加一，首先嚐試使用函數對象表示此規則：
class f_mod
{
private:
int dv; // 除數
public:
f_mod(int d = 1) : dv(d) {}
bool operator()(int x) { return x % dv == 0; }
}
int count1 = count_if(nums.begin(), nums.end(), f_mod(3));
int count2 = count_if(nums.begin(), nums.end(), f_mod(13));
可以看到f_mod類重載了小括號運算符，接受一個整形參數，返回一個布爾類型，表示該參數是否可以被dv整除
下面是使用不帶捕獲的Lambda表達式定義規則的情形：
auto f1 = [](int x) -> bool { return x % 3 == 0; };
auto f2 = [](int x) -> bool { return x % 13 == 0;};
int count1 = count_if(nums.begin(), nums.end(), f1);
int count2 = count_if(nums.begin(), nums.end(), f2);
如果使用帶捕獲的Lambda表達式，我們甚至可以拋棄count_if函數：
int count1 = 0, count2 = 0;
auto f = [&](int x) { count1 += (x % 3 == 0); count2 += (x % 13 == 0); }
std::for_each(nums.begin(), nums.end(), f);
這裏的邏輯就更爲簡單了，捕獲count1和count2，當x可以被3整除時，表達式x % 3 == 0的值爲true，該值和整形相加時自動被轉換爲整數1，就實現了當x可被3整除時，count1加一的效果——這樣在遍歷完整個數組的同時，要統計的數據也就完整的得到了
結語
函數指針、函數對象、Lambda表達式都起到了傳遞一個“函數謂詞”的作用，其實可以認爲Lambda表達式是前二者的語法糖，但是即便如此，爲了程序的可讀性，應該少用Lambda表達式，除非是像文中這樣表達某種“規則”的時候
雖然這只是C++中一個很小的特性，但是用在正確的地方，也許就有事半功倍的效果呢
下一篇該系列的文章也許會談談C++中深拷貝與淺拷貝問題