我能否在C++中创建匿名类并像Java中那样捕获外部变量？

Question

在Java中，当我需要一个回调函数时，我必须实现一个匿名类。在匿名类内部，如果它们是final类型的话，我可以访问外部变量。

现在我正在用C++做同样的事情。我知道C++ Lambda表达式比较好用，但有时我需要传入多个函数，而使用匿名类时，我只需要传入一个实例。

我尝试了下面的代码示例。它可以在GCC 4.3.4中工作。

class IA {
public:
  virtual int f(int x) = 0;  
};

int main() {
    class : public IA {
        int f(int x) { return x + 1; }
    } a;
    doFancyWork(&a);
    return 0;
}

能够像这样捕获外部变量吗？

int main() {
    int y = 100; // mark y as final if possible
    class : public IA {
        int f(int x) { return x + y; }
    } a;
    return 0;
}

更新：

第二个示例无法编译。错误在这里：

prog.cpp: In member function ‘virtual int main()::<anonymous class>::f(int)’:
prog.cpp:9: error: use of ‘auto’ variable from containing function
prog.cpp:7: error:   ‘int y’ declared here
prog.cpp: In function ‘int main()’:
prog.cpp:7: warning: unused variable ‘y’

更新：

我刚刚意识到此操作有几个问题：

• 我无法编写构造函数，因为类没有名称
• 初始化列表不允许继承。
• 任何改变都会使代码难以阅读。

我认为我需要放弃使用匿名类。

- woodings

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第一个例子编译通过了（在http://ideone.com/上测试过）。第二个没有。 - woodings

要捕获y的值，您需要向匿名类添加成员y。（或者lambda会自动以这种方式处理“捕获”） - aschepler

编译器错误是什么？ - Code-Apprentice

你可以在提供对象作为回调之前，向 IA 添加一个成员变量 _y，并将其设置为 y 的值。 - Andy Prowl

@PlasmaHH 我认为他在Ideone上使用的是C++（而不是C++0x）编译器，它是GCC 4.3.4。 - JKor

Answer 1

没有办法自动地捕获这些变量，但您可以使用另一种方法。如果您想通过引用捕获：

int main() {
    int y = 100; // mark y as final if possible
    class IB : public IA {
    public:
      IB(int& y) : _y(y) {}
      int f(int x) { return x + _y; }
    private:
      int& _y;
    } a (y);
    return 0;
}

如果您想按值捕获，只需将int&更改为int。 无论如何，如果您对单个lambda表达式感到不满意，可以考虑使用lambda元组作为“多回调”对象。您仍然可以将所有内容打包在一个对象中，而且捕获将是免费的。 这只是一个例子：

auto callbacks = make_tuple(
    [] (int x) { cout << x << endl; },
    [&] () { cout << y << endl; }, // y is captured by reference
    [=] (int x) { cout << x + y << endl; }, // y is captured by value
    // other lambdas here, if you want...
    );

- Andy Prowl

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对于元组中包含lambda表达式的做法点赞。这是一个非常优雅的解决手段。 - Jake Woods

@JakeWoods：谢谢。我建议使用它，因为您不必手动捕获变量。 - Andy Prowl

嗨，我有一个问题，我使用lambda创建了元组并将其添加到Map中，但是当我迭代Map并从元组中获取第一个lambda并调用函数时，程序崩溃了。这里的Map是字段变量，在一个函数中放置元组并在另一个函数中获取它们。谢谢！ - Bahramdun Adil

Answer 2

您可以手动捕获变量（类似于lambda捕获在幕后执行的操作）：

int main() {
    int y = 100;
    struct { 
        int& y;
        int operator()(int x) { return x + y; }
    } anon = { y };
}

您可以像这样使用它：

#include <iostream>
...
std::cout << anon(10) << std::endl;

按预期打印110。不幸的是，使用此方法无法使匿名类型继承另一个类型，因为初始化列表可构造类型无法继承另一种类型。如果继承至关重要，则应使用Andy Prowl提出的构造函数方法。

- Jake Woods

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很抱歉，这段代码无法编译...需要做一些更改。 - Andy Prowl

这段代码在我的公司使用的编译器gcc 4.7.1上无法编译通过。错误信息如下：error: could not convert ‘{1}’ from ‘<brace-enclosed initializer list>’ to ‘main()::<anonymous class>’。 - woodings

如果继承非常重要，那么确实需要避免使用lambda表达式。如果不是这样，而只是想要一个匿名函数对象，那么确实没有必要避免使用lambda表达式。 - Christian Rau

Answer 3

C++ lambda表达式可以捕获“外部”变量。[编辑：当我第一次阅读问题时，我不知怎么错过了他提到他知道lambda表达式的地方。无论好坏，C++没有其他类似于匿名类的东西]。

例如：

#include <iostream>

int main(){ 

    int y = 100;
    auto lambda = [=](int x) { return x + y; };

    std::cout << lambda(2);
}

...以102作为输出。

请注意，尽管它看起来有点像函数，但C++的lambda实际上是创建一个类的结果。我想我应该补充说：那个类不是匿名的，但它有一些未指定的名称，从未直接可见。

编辑：我还有点困惑于不使用lambda的理由。是否意图使用包含多个成员函数的一个类？如果是这样，那么你计划如何指定在哪个时间/为哪个目的调用哪个成员函数呢？我的第一反应是，这听起来很可疑，好像你正在试图扭曲语言以支持一个有问题的设计。

- Jerry Coffin

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他似乎非常清楚这一点，但不想使用lambda，因为他希望它能够同时封装许多不同的函数。虽然我从内心深处不赞成他的方法，并且也建议只使用lambda，但你的答案仍然没有真正回答实际问题。 - Christian Rau

@ChristianRau：糟糕，我错过了他提到了了解lambda的地方。 - Jerry Coffin

@JerryCoffin 我需要将事件处理程序传递给其他人，我可以在其中实现多个函数，例如onEvent()、onErr()和destroy()。因为可能有很多事件处理程序，我不想将它们定义为单独的类并为它们分配名称。使用lambda函数，似乎我必须逐个传递它们或以任何方式将它们放入容器类中。 - woodings

关于您的编辑，听起来他的 doFancyWork 函数知道要调用哪些函数。因此，它不仅使用某些模板化函数类型的 () 运算符，而是期望一个抽象接口，其中包含他的匿名类实现的一堆方法。最终采用了通常的 Java 风格回调。尽管如此，仍然有疑问是否应该将这种风格真正转移到另一种语言中，该语言具有自己的成语（同样灵活）的回调方式。 - Christian Rau

Answer 4

如果你的IA类只有一个需要重写的虚方法（而真正的复杂性在于其他非虚方法），但你不想捕获这个方法所需的局部变量，那么可以考虑以下方法：

int main() {
  int y = 100;
  auto f = [=](int x){return x+y;};
  typedef decltype(f) F;
  struct IB : IA {
    F _f;
    IB(F _f): _f(_f) {}
    int f(int x) { return _f(x); }
  } a(f);
  doFancyWork(&a);
  return 0;
}

- leftaroundabout

Answer 5

类的匿名性并不会限制访问外部变量。在这个问题中，y无法被访问是因为该类被局部定义在一个函数内。

对于本地定义的类，有几个限制。首先，它们只能访问静态局部变量，但可以访问函数作用域下任何其他可用变量。此外，本地类无法具有静态数据成员。

至于匿名类，您不能拥有构造函数或析构函数。所有成员函数必须在类定义内声明。它不能拥有静态静态成员，包括通常可以在类定义内实例化的const静态整型成员。另外，不允许继承。

匿名类是C++的一个晦涩角落，实际价值很小。Lambda函数和其他技术更加灵活。但谁知道，在某些情况下，它可能有助于提高代码的可读性。

- Jay Hudson