C++ lambda 表达式

短命女 2022-06-11 03:22 236阅读 0赞

lambda表达式是C++11最重要也最常用的一个特性之一。lambda来源于函数式编程的概念，也是现代编程语言的一个特点。

一.函数式编程简介

定义：简单说，“函数式编程”是一种“编程范式”。它属于“结构化编程”的一种，主要思想是把运算过程尽量写成一系列嵌套的函数调用。

特点：

1).函数是“第一等公民”，可以赋值给他其他变量，也可以做为参数，返回值。

2).只用“表达式”，不用“语句”。“表达式”是一个单纯的运算过程，总是有返回值；“语句”是执行某种操作，没有返回值。

3).没有副作用。函数保持独立，所有功能就是返回一个新的值，其他什么都不做，不修改外部变量的值。

4).引用透明。函数的运行不依赖于外部变量或“状态”，只依赖于输入的参数，只要参数相同，返回值就相同。

二.lambda表达式

lambda表达式有如下优点：

1).声明式编程风格:就地匿名定义目标函数或函数对象，不需要额外写一个命名函数或者函数对象。以更直接的方式去写程序，好的可读性和可维护性。

2).简洁：不需要额外再写一个函数或者函数对象，避免了代码膨胀和功能分散，让开发者更加集中精力在手边的问题，同时也获取了更高的生产率。

3).在需要的时间和地点实现功能闭包，使程序更灵活。

lambda表达式的语法归纳如下：

\[ caputrue \] ( params ) opt -> ret \{ body; \};

1).capture是捕获列表；

2).params是参数表；(选填)

3).opt是函数选项；可以填mutable,exception,attribute（选填）

mutable说明lambda表达式体内的代码可以修改被捕获的变量，并且可以访问被捕获的对象的non-const方法。

exception说明lambda表达式是否抛出异常以及何种异常。

attribute用来声明属性。

4).ret是返回值类型。(选填)

5).body是函数体。

捕获列表：lambda表达式的捕获列表精细控制了lambda表达式能够访问的外部变量，以及如何访问这些变量。

1).\[\]不捕获任何变量。

2).\[&\]捕获外部作用域中所有变量，并作为引用在函数体中使用（按引用捕获）。

3).\[=\]捕获外部作用域中所有变量，并作为副本在函数体中使用(按值捕获)。

4).\[=,&foo\]按值捕获外部作用域中所有变量，并按引用捕获foo变量。

5).\[bar\]按值捕获bar变量，同时不捕获其他变量。

6).\[this\]捕获当前类中的this指针，让lambda表达式拥有和当前类成员函数同样的访问权限。如果已经使用了&或者=，就默认添加此选项。捕获this的目的是可以在lamda中使用当前类的成员函数和成员变量。

**\[cpp\]**  view plain  copy

print ?

1.  class A
2.  \{
3.  public:
4.  int i\_ = 0;
5.  
6.  void func(int x,int y)\{
7.  auto x1 = \[\] \{ return i\_; \}; //error,没有捕获外部变量
8.  auto x2 = \[=\] \{ return i\_ + x + y; \}; //OK
9.  auto x3 = \[&\] \{ return i\_ + x + y; \}; //OK
10. auto x4 = \[this\] \{ return i\_; \}; //OK
11. auto x5 = \[this\] \{ return i\_ + x + y; \}; //error,没有捕获x,y
12. auto x6 = \[this, x, y\] \{ return i\_ + x + y; \}; //OK
13. auto x7 = \[this\] \{ return i\_++; \}; //OK
14. \};
15. 
16. int a=0 , b=1;
17. auto f1 = \[\] \{ return a; \}; //error,没有捕获外部变量 
18. auto f2 = \[&\] \{ return a++ \}; //OK
19. auto f3 = \[=\] \{ return a; \}; //OK
20. auto f4 = \[=\] \{ return a++; \}; //error,a是以复制方式捕获的，无法修改
21. auto f5 = \[a\] \{ return a+b; \}; //error,没有捕获变量b
22. auto f6 = \[a, &b\] \{ return a + (b++); \}; //OK
23. auto f7 = \[=, &b\] \{ return a + (b++); \}; //OK

class A
     {
     public:
         int i_ = 0;
         
         void func(int x,int y){
             auto x1 = [] { return i_; };                             //error,没有捕获外部变量
             auto x2 = [=] { return i_ + x + y; };               //OK
             auto x3 = [&] { return i_ + x + y; };               //OK
             auto x4 = [this] { return i_; };                        //OK
             auto x5 = [this] { return i_ + x + y; };            //error,没有捕获x,y
             auto x6 = [this, x, y] { return i_ + x + y; };    //OK
             auto x7 = [this] { return i_++; };                   //OK
     };
     
     int a=0 , b=1;
     auto f1 = [] { return a; };                            //error,没有捕获外部变量    
     auto f2 = [&] { return a++ };                      //OK
     auto f3 = [=] { return a; };                         //OK
     auto f4 = [=] {return a++; };                     //error,a是以复制方式捕获的，无法修改
     auto f5 = [a] { return a+b; };                     //error,没有捕获变量b
     auto f6 = [a, &b] { return a + (b++); };      //OK
     auto f7 = [=, &b] { return a + (b++); };     //OK

注意的细节：

一个容易出错的细节是lambda表达式的延迟调用，lambda表达式按值捕获了所有外部变量。在捕获的一瞬间，a的值就已经被复制了。如果希望lambda表达式在调用时能即时访问外部变量，我们应当使用引用方式捕获。

**\[cpp\]**  view plain  copy

print ?

1.  int a = 0;
2.  auto f = \[=\] \{ return a; \};
3.  
4.  a+=1;
5.  
6.  cout << f() << endl; //输出0
7.  
8.  
9.  int a = 0;
10. auto f = \[&a\] \{ return a; \};
11. 
12. a+=1;
13. 
14. cout << f() <<endl; //输出1

int a = 0;
     auto f = [=] { return a; };
     
     a+=1;
     
     cout << f() << endl;       //输出0
     
     
     int a = 0;
     auto f = [&a] { return a; };
     
     a+=1;
     
     cout << f() <<endl;       //输出1

虽然按值捕获的变量值均补复制一份存储在lambda表达式变量中， 修改他们也并不会真正影响到外部，但我们却仍然无法修改它们。

那么如果希望去修改按值捕获的外部变量，需要显示指明lambda表达式为mutable。

需要注意：被mutable修饰的lambda表达式就算没有参数也要写明参数列表。  
　　原因：lambda表达式可以说是就地定义仿函数闭包的“语法糖”。它的捕获列表捕获住的任何外部变量，最终均会变为闭包类型的成员变量。按照C++标准，lambda表达式的operator()默认是const的，一个const成员函数是无法修改成员变量的值的。而mutable的作用，就在于取消operator()的const。

**\[cpp\]**  view plain  copy

print ?

1.  int a = 0;
2.  auto f1 = \[=\] \{ return a++; \}; //error
3.  auto f2 = \[=\] () mutable \{ return a++; \}; //OK

int a = 0;
    auto f1 = [=] { return a++; };                       //error
    auto f2 = [=] () mutable { return a++; };       //OK

没有捕获变量的lambda表达式可以直接转换为函数指针，而捕获变量的lambda表达式则不能转换为函数指针。原因可以参考2中的原因。

**\[cpp\]**  view plain  copy

print ?

1.  typedef void(\*Ptr)(int\*);
2.  
3.  Ptr p = \[\](int\* p) \{ delete p; \}; //OK
4.  Ptr p1 = \[&\] (int\* p) \{ delete p; \}; //error

typedef void(*Ptr)(int*);
    
    Ptr p = [](int* p) { delete p; };              //OK
    Ptr p1 = [&] (int* p) { delete p; };         //error

最后，两个实际应用到lambda表达式的代码。

**\[cpp\]**  view plain  copy

print ?

1.  std::vector<int> v = \{ 1, 2, 3, 4, 5, 6 \};
2.  int even\_count = 0;
3.  for\_each(v.begin(), v.end(), \[&even\_count\](int val)\{
4.  if(!(val & 1))\{
5.  \++ even\_count;
6.  \}
7.  \});
8.  std::cout << "The number of even is " << even\_count << std::endl;

std::vector<int> v = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
    int even_count = 0;
    for_each(v.begin(), v.end(), [&even_count](int val){
        if(!(val & 1)){
            ++ even_count;
        }
    });
    std::cout << "The number of even is " << even_count << std::endl;

**\[cpp\]**  view plain  copy

print ?

1.  int count = std::count\_if( coll.begin(), coll.end(), \[\](int x)\{ return x > 10; \});
2.  
3.  int count = std::count\_if( coll.begin(), coll.end(), \[\](int x)\{ return x < 10; \});
4.  
5.  int count = std::count\_if( coll.begin(), coll.end(), \[\](int x)\{ return x > 5 && x<10; \});

int count = std::count_if( coll.begin(), coll.end(), [](int x){ return x > 10; });
    
    int count = std::count_if( coll.begin(), coll.end(), [](int x){ return x < 10; });
    
    int count = std::count_if( coll.begin(), coll.end(), [](int x){ return x > 5 && x<10; });