C++闭包二

2024-09-11 约 931 字预计阅读 2 分钟

摘要

本文深入探讨了C++闭包的概念及其实际应用，结合作者开发的tinylib库中的tiny_match模块，展示了如何利用闭包简化代码设计并隐藏实现细节。通过一个Query类的示例，作者演示了闭包如何捕获局部变量（如match_op），并将其封装为类成员函数，从而避免在类中声明复杂的模板类型。此外，闭包的特性使得局部变量对外部不可见，提升了代码的可维护性和扩展性。文章还强调了闭包在隐藏实现细节和提供灵活接口方面的优势，适合对C++高级特性感兴趣的开发者参考。

“多年以前"写过一篇关于C++闭包的文章，现在看来基本是关于lambda的介绍。随着经验的增加，对闭包的理解更加深刻。在上一篇文章中，介绍了我编写的一个tiny_cmdline库，随后我对一些tiny库更感兴趣，便想着做了一个集合，取名为tinylib，其中有一个tiny库是关于match的。调用方式如下：

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  using namespace tiny_utility;
  auto match_op = match(
      "1" | [](const auto &i) { ASSERT_EQ(i, "1"); },                              // no line break
      "2" | [](const auto &i) { ASSERT_EQ(i, "2"); },                              // no line break
      "3" | [](const auto &i) { ASSERT_EQ(i, "3"); },                              // no line break
      std::set<std::string>{"5", "6"} | [](const auto &i) { ASSERT_NE(i, "4"); },  // no line break
      placeholder | [](const auto &i) { ASSERT_TRUE(false); }                      // no line break
  );
  // for (const auto &key : std::vector<std::string>{"1", "2", "3", "4" , "5", "6"}) {
  for (const auto &key : std::vector<std::string>{"1", "2", "3", "5", "6"}) {
    match_op(key);
  }

考虑到case key的各种类型兼容，目前的match类是运行时构建的，并且是一个模板类（key的类型是各种各样的）。

如果在实际使用中，比如有某个query接口，是不会考虑在query接口中频繁构建match类的，一般会在构造或者其他初始化接口中构造一次，然后在query接口中多次调用。

但是针对match构造一次的情况，如何保存呢？不可能考虑在类的成员变量中写一长串的类型，并且这样也不适合match的扩展。

用闭包可以解决这问题，闭包的一个特点是可以隐藏一些局部变量：

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// query.h

class Query {
    // ...
    std::function<void(const std::string &)> match_op_;
};

// query.cpp
#include "tiny_match.h"

Query::Query() {
    auto match_op = match(
        "1" | [](const auto &i) { ASSERT_EQ(i, "1"); },                              // no line break
        "2" | [](const auto &i) { ASSERT_EQ(i, "2"); },                              // no line break
        "3" | [](const auto &i) { ASSERT_EQ(i, "3"); },                              // no line break
        std::set<std::string>{"5", "6"} | [](const auto &i) { ASSERT_NE(i, "4"); },  // no line break
        placeholder | [](const auto &i) { ASSERT_TRUE(false); }                      // no line break
    );
    match_op_ = [match_op](const std::string &key) { match_op(key); };
}

这样，Query类通过保存一个闭包函数，避免在类中声明可变长参数的match类型。

并且，也能发现可以在query.h声明文件中，隐藏tiny_match.h的头文件，只需要在query.cpp中包含即可。

tiny_match.h的实现在: https://github.com/caibingcheng/tinylib/blob/master/tiny_utility/tiny_match.h

根据match这个案例, 再来理解闭包这个概念:

可以捕获上层函数的局部变量, 比如match_op_捕获了match_op
可以隐藏局部变量, 比如match_op, 外部通过某些接口访问match_op_时, 是无法感知match_op的存在的
通过2, 闭包可以隐藏实现细节
一个"神奇"的通道, 外部接口居然可以访问到内部的局部变量, 尽管是这个局部变量的复制体