为什么C++11中的Lambda函数没有关联到function<>类型？

Question

为什么C++11中的Lambda函数没有关联到function<>类型？

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我正在尝试使用C++11的函数式特性。其中一个奇怪的事情是，lambda函数的类型实际上不是function<>类型。而且，lambda似乎并不完全适用于类型推断机制。

以下是一个小例子，我在其中测试了将两个整数相加的函数的两个参数交换的情况。(我使用的编译器是MinGW下的gcc 4.6.2) 在此示例中，addInt_f的类型已明确定义为function<>，而addInt_l是使用auto进行类型推断的lambda。

当我编译代码时，flip函数可以接受显式定义类型版本的addInt，但不能接受lambda版本，会出现错误，提示“testCppBind.cpp:15:27: error: no matching function for call to 'flip(<lambda(int, int)>&)'

接下来几行显示，如果将lambda版本(以及“原始”版本)显式强制转换为适当的function<>类型，则可以接受它们。

因此，我的问题是：

1.lambda函数为什么一开始就没有function<>类型？在这个小例子中，为什么addInt_l的类型不是function，而是不同的lambda类型？从函数式编程的角度来看，函数/函数对象和lambda之间有什么区别？

2.如果这两者必须有根本性的不同，那么为什么？我听说lambda可以转换为function<>，但它们是不同的。这是C++11的设计问题/缺陷，还是实现问题，或者区分这两者有好处？似乎addInt_l的类型签名已经提供了关于函数的参数和返回类型足够的信息。

3.有没有一种方法可以编写lambda，使得可以避免上述显式类型转换？

谢谢。

    //-- testCppBind.cpp --
    #include <functional>
    using namespace std;
    using namespace std::placeholders;

    template <typename T1,typename T2, typename T3>
    function<T3 (T2, T1)> flip(function<T3 (T1, T2)> f) { return bind(f,_2,_1);}

    function<int (int,int)> addInt_f = [](int a,int b) -> int { return a + b;};
    auto addInt_l = [](int a,int b) -> int { return a + b;};

    int addInt0(int a, int b) { return a+b;}

    int main() {
      auto ff = flip(addInt_f);   //ok
      auto ff1 = flip(addInt_l);  //not ok
      auto ff2 = flip((function<int (int,int)>)addInt_l); //ok
      auto ff3 = flip((function<int (int,int)>)addInt0);  //ok

      return 0;
    }

- thor

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你不应该使用std::function作为参数，因为它会抑制类型推导（这也是你在这里遇到的问题）。 - R. Martinho Fernandes

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相关：当涉及std :: function或lambda函数时，C ++ 11不会推断类型 - hardmath

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Lambda表达式被转换为匿名Functor（如果它们不捕获环境，则为函数）。将它们转换为std::function会在语言和库之间引入强耦合，因此这将是一个非常糟糕的想法。 - MFH

@MFH <nitpick> Lambdas总是匿名函数对象。这些函数对象可以转换为函数指针。 - R. Martinho Fernandes

@ MFH。我认为 lambda 和 function<> 都是在 C++11 中引入的库构造。因此，在理论上，lambda 可以被定义为返回 function<> 对象。我不明白这为什么是不可能的，或者它会如何干扰语言。 - thor

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你说错了。Lamdas 不是库构造，而是一种新的语言特性。 - MFH

2个回答

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因为function<>使用类型擦除。这允许在function<>中存储多个不同的函数类型，但会产生一些运行时开销。类型擦除隐藏了实际类型（您特定的lambda）在虚函数接口后面。
这样做有好处：C++设计的一个“公理”是除非真正需要，否则不要增加开销。使用这种设置，当使用类型推断（使用auto或作为模板参数传递）时，您没有任何开销，但仍然具有通过function<>与非模板代码交互的所有灵活性。还要注意，function<>不是语言结构，而是标准库的一个组件，可以使用简单的语言特性来实现。
不行，但是你可以编写函数只接受函数类型（语言结构），而不是function<>的具体细节（库结构）。当然，这使得实际编写返回类型变得更加困难，因为它不直接给出参数类型。但是，使用一些元编程，比如Boost.FunctionTypes，您可以从传递的函数中推导出这些参数类型。但也有一些无法实现这一点的情况，例如具有模板operator()的函数对象。

- ltjax

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可以查看英文原文，
原文链接

- R. Martinho Fernandes · Accepted Answer

std::function是一种工具，它可以存储任何类型的可调用对象，而不考虑其类型。为了实现这一点，它需要采用一些类型抹除技术，这涉及到一些开销。

任何可调用对象都可以隐式转换为std::function，这就是为什么它通常可以无缝工作的原因。

我再重复一遍，以确保它变得清晰明了：std::function不仅仅适用于lambda表达式或函数指针：它适用于任何类型的可调用对象。例如，这包括像struct some_callable { void operator()() {} };这样的简单对象，但也可能是像下面这样的复杂对象：

struct some_polymorphic_callable {
    template <typename T>
    void operator()(T);
};

一个Lambda只是另一个可调用对象，类似于上面的some_callable对象实例。它可以存储在std::function中，因为它是可调用的，但它没有std::function的类型擦除开销。

委员会计划将Lambda多态化，即像上面的some_polymorphic_callable那样的Lambda。这样的Lambda将是哪种std::function类型呢？

现在...模板参数推导或隐式转换。选择其中一个。这是C++模板的规则之一。

要将Lambda作为std::function参数传递，它需要被隐式转换。使用std::function参数意味着您选择隐式转换而不是类型推导。但是，您的函数模板需要推导或显式提供签名。

解决方案？不要限制您的调用者只能使用std::function。接受任何类型的可调用对象。

template <typename Fun>
auto flip(Fun&& f) -> decltype(std::bind(std::forward<Fun>(f),_2,_1))
{ return std::bind(std::forward<Fun>(f),_2,_1); }

你现在可能会想，为什么我们需要std::function呢？因为std::function提供了已知签名的可调用对象的类型擦除功能。这使得它能够存储类型擦除的可调用对象，并编写虚拟接口。