C++ 匿名函数和函数对象的设计模式应用

c++ 提供匿名函数和函数对象，用于创建和使用运行时函数。这些特性与设计模式结合使用，包括：策略模式：允许在不更改客户端代码的情况下动态切换算法，可使用匿名函数或函数对象实现。观察者模式：对象订阅目标对象，并在目标状态更改时收到通知，可使用匿名函数或函数对象表示观察者。实战案例：文件读取和事件处理系统中使用匿名函数和函数对象实现灵活、可重用的解决方案。

C++ 匿名函数和函数对象的设计模式应用

简介

匿名函数和函数对象是 C++ 中强大的特性，它们允许在运行时创建和使用函数。它们通常与设计模式结合使用，以提高代码的可重用性和灵活性。

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匿名函数

匿名函数是未被命名的函数，可以使用 lambda 表达式创建。lambda 表达式的基本语法如下：

[capture list](parameters) -> return_type { body }

例如：

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auto multiply = [](int a, int b) -> int { return a * b; };

函数对象

函数对象是类，它们重载了 operator() 以实现函数式行为。它们提供了比 lambda 表达式更多控制和灵活性。

例如：

class Multiplier {
public:
    int operator()(int a, int b) { return a * b; }
};

设计模式

策略模式

策略模式允许客户端选择和切换不同的算法，而不影响客户端代码。可以使用匿名函数或函数对象轻松实现此模式：

// 客户代码
void clientCode(int a, int b, std::function strategy) {
    std::cout << strategy(a, b) << std::endl;
}

// 实现策略
auto multiplyStrategy = [](int a, int b) { return a * b; };

// 使用策略
clientCode(5, 10, multiplyStrategy);

观察者模式

观察者模式允许对象订阅（或观察）其他对象，并在目标对象状态发生更改时收到通知。可以使用匿名函数或函数对象表示观察者：

// 目标对象
class Subject {
    std::vector> observers;
public:
    void addObserver(std::function observer) { observers.push_back(observer); }
    void notifyObservers() { for (auto& o : observers) o(); }
};

// 观察者
auto printObserver = []() { std::cout << "Observer notified!" << std::endl; };

// 使用观察者
Subject subject;
subject.addObserver(printObserver);
subject.notifyObservers();

实战案例

文件读取

我们可以使用策略模式来动态地选择不同的文件读取算法，例如按行读取或按字节读取：

// 文件读取策略
enum class FileReadStrategy { LineRead, ByteRead };

// 行读取算法
auto lineReadStrategy = [](std::ifstream& file) { std::string line; while (std::getline(file, line)) { /* process line here */ } };

// 字节读取算法
auto byteReadStrategy = [](std::ifstream& file) { char buffer[1024]; while (file.read(buffer, 1024)) { /* process buffer here */ } };

// 文件读取操作
void readFile(const std::string& filename, FileReadStrategy strategy) {
    std::ifstream file(filename);
    if (file.is_open()) {
        switch (strategy) {
            case FileReadStrategy::LineRead:
                lineReadStrategy(file);
                break;
            case FileReadStrategy::ByteRead:
                byteReadStrategy(file);
                break;
        }
        file.close();
    }
}

事件处理

我们可以使用观察者模式来实现事件处理系统，其中不同的对象可以订阅不同事件并在此事件发生时获得通知：

// 事件
enum class Event { MouseClick, KeyPress };

// 事件触发器
class EventTrigger {
    std::vector> subscribers;
public:
    void triggerEvent(Event e) { for (auto& s : subscribers) s(e); }
    void subscribe(std::function subscriber) { subscribers.push_back(subscriber); }
};

// 事件处理程序
auto mouseClickHandler = [](Event e) { std::cout << "Mouse clicked!" << std::endl; };
auto keyPressHandler = [](Event e) { std::cout << "Key pressed!" << std::endl; };

// 使用事件处理程序
EventTrigger trigger;
trigger.subscribe(mouseClickHandler);
trigger.subscribe(keyPressHandler);
trigger.triggerEvent(Event::MouseClick);