贯穿 C++ 11 与 C++ 17 的 Lambda 到底是个什么？

矫情吗；* 2022-09-01 15:52 87阅读 0赞

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链接 | https://hackernoon.com/all-about-Lambda-functions-in-cfrom-c11-to-c17-2t1j32qw

翻译 | CSDN

本文将详解Lambda函数从定义到学习和使用，涉及一些不为人知的事情，如LIFE-立即调用的函数表达式，Lambda的类型。相信你已经起了兴趣，那就开始阅读吧。

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Lambda函数是C++ 11中引入的现代C++的一个直观概念，因此在互联网上可以找到大量的关于Lambda函数的文章。但是仍然有一些不为人知的事情（如LIFE-立即调用的函数表达式，Lambda的类型等等）鲜有人谈论。因此，在这篇文章里，我不仅要向你展示C++中的Lambda函数，同时还要介绍它的内部工作机制，以及Lambda函数的其他方方面面。

这篇文章的标题有点误导人。因为Lambda并不总是转化为函数指针。实际上它是一个表达式（确切地说是唯一的闭包）。为了简单起见，在这篇文章中，我会一直互换使用Lambda函数和Lambda表达式。

**什么是Lambda函数？**

Lambda函数是简短的代码片段，它：

不值得命名（匿名的、未被命名的、一次性的，等等，无论你怎么称呼它），

也不能重复使用。

换句话说，它只是一种糖衣语法（syntactic sugar）。Lambda函数的语法定义如下：

[ capture list ] (parameters) -> return-type  
    
    {  method definition
    }

编译器通常会计算Lambda函数本身的返回类型。因此，我们不需要显式地给它指定一个尾置返回类型，如-> return-type。

但在一些复杂的情况下，编译器无法推断返回类型，这时候我们就需要给它指定一个返回类型。

**为什么我们要使用Lambda函数？**

C++包含许多有用的通用函数，如std::for\_each，它们可以很方便。不幸的是，它们的使用有时也很麻烦，特别是如果你想应用的函子是特定函数的唯一函子的话。以下面的代码为例：

struct print
    {
        void operator()(int element)
        {
            cout << element << endl;
        }
    };
    int main(void)
    {
        std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
        std::for_each(v.begin(), v.end(), print());
        return 0;
    }

如果你只是在特定的地方使用一次print，那么仅仅为了做一些琐碎的和一次性的事情而编写一个完整的类，就显得有些过犹不及了。

对于上面的这种情形，使用内联代码会更合适，这可以通过Lambda函数来实现，如下所示：

std:for_each(v.begin(), v.end(), [](int element) { cout << element << endl; });

**Lambda函数内部是如何工作的？**

[&i] ( ) { std::cout << i; }
    
    // is equivalent to
    
    struct anonymous
    {
        int &m_i;
        anonymous(int &i) : m_i(i) {}
        inline auto operator()() const
        {
            std::cout << i;
        }
    };

编译器为每个Lambda函数生成如上所述的唯一闭包。注意，这是Lambda函数的核心所在。

捕获列表将成为闭包中的构造函数的参数，如果将参数按值捕获，那么相应类型的数据成员将在闭包中创建。

此外，可以在Lambda函数的参数中声明变量/对象，它们将成为调用operator()函数的参数。

**使用Lambda函数的好处**

零成本抽象。对！你没有看错。Lambda函数不会降低性能，它的性能和普通的函数一样好。

此外，Lambda函数使代码变得更加紧凑、更加结构化和更富有表现力。

**学习Lambda表达式**

按引用/值来捕获，代码如下：

int main()
    {
        int x = 100, y = 200;
        auto print = [&] { // Capturing object by reference
            std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << " : " << x << " , " << y << std::endl;
        };
        print();
        return 0;
    }

上面代码的输出如下：

main()::<Lambda()> : 100 , 200

在上面的例子中，我在捕获列表中对“&”符号作了注释。它表示按引用来捕获变量x和y。类似地，“=”符号表示按值捕获，它将在闭包中创建相同类型的数据成员，并且将执行copy-assignment操作。

请注意，参数列表是可选的，如果你不向Lambda表达式传递任何参数，则可以省略空括号。

**Lambda函数的捕获列表**

下表显示了捕获列表中不同用法的含义：

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将Lambda函数作为参数传递，代码如下：

template <typename Functor>
    void f(Functor functor)
    {
        std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;
    }
    /* Or alternatively you can use this
    void f(std::function<int(int)> functor)
    {
        std::cout << __PRETTY_FUNCTION__ << std::endl;
    } 
    */
    int g() { static int i = 0; return i++; }
    int main()
    {
        auto Lambda_func = [i = 0]() mutable { return i++; };
        f(Lambda_func); // Pass Lambda
        f(g);           // Pass function
    }

上面代码的输出如下:

Function Type : void f(Functor) [with Functor = main()::<Lambda(int)>]
    Function Type : void f(Functor) [with Functor = int (*)(int)]

你还可以将Lambda函数作为参数传递给其他函数，就像我在上面编写的普通函数一样。

如果你注意到了，这里我在捕获列表中声明了变量i，它将成为数据成员。因此，每次调用Lambda\_func时，它都将返回并递增。

捕获Lambda函数中的成员变量或this指针，代码如下：

class Example
    {
    public:
        Example() : m_var(10) {}
        void func()
        {
            [=]() { std::cout << m_var << std::endl; }(); // IIFE
        }
    private:
        int m_var;
    };
    int main()
    {
        Example e;
        e.func();
    }

也可以使用\[this\], \[=\] 或者 \[&\]来捕获This指针。在任何这些情况下，类中的数据成员（包括private类型的数据成员）都可以像在普通方法中那样被访问。

如果你看到Lambda表达式行，我在Lambda函数声明的末尾使用了额外的 ()，这个额外的 ()用来表示在声明之后立即调用它，它被称为IIFE（立即调用的函数表达式）。

**C++的Lambda函数类型**

泛型Lambda，代码如下：

const auto l = [](auto a, auto b, auto c) {};
    
    
    // is equivalent to
    struct anonymous
    {
        template <class T0, class T1, class T2>
        auto operator()(T0 a, T1 b, T2 c) const
        {
        }
    };

在C++ 14中引入的泛型Lambda，它可以使用auto标识符捕获参数。

可变泛型Lambda，代码如下：

void print() {}
    template <typename First, typename... Rest>
    void print(const First &first, Rest &&... args)
    {
        std::cout << first << std::endl;
        print(args...);
    }
    int main()
    {
        auto variadic_generic_Lambda = [](auto... param) {
            print(param...);
        };
        variadic_generic_Lambda(1, "lol", 1.1);
    }

带可变参数包的Lambda在许多情况下都很有用，如代码调试、不同数据输入的重复操作等。

可变（Mutable）Lambda函数

通常，Lambda函数的call-operator（调用运算符）隐式为const-by-value（常量，按值捕获），这意味着它是不可变的。如果要按值捕获任何内容，需要在Lambda函数体前使用mutable关键字。代码如下所示：

[]() mutable {}
    
    
    // is equivalent to
    
    
    struct anonymous
    {
        auto operator()()  // call operator
        {
        }
    };

我们已经在上面看到了上述情况的一个例子。希望你注意到了。

Lambda作为函数指针，代码如下：

#include <iostream>
    #include <type_traits>
    
    
    int main()
    {
        auto funcPtr = +[] {};
        static_assert(std::is_same<decltype(funcPtr), void (*)()>::value);
    }

你可以强制编译器生成Lambda作为函数指针，而不是像上面那样在它前面添加+来使之成为闭包。

高阶函数：Lambda可以作为参数和返回值，代码如下：

const auto less_than = [](auto x) {
        return [x](auto y) {
            return y < x;
        };
    };
    
    
    int main(void)
    {
        auto less_than_five = less_than(5);
        std::cout << less_than_five(3) << std::endl;
        std::cout << less_than_five(10) << std::endl;
        return 0;
    }

再进一步，Lambda函数还可以返回另一个Lambda函数。这将为代码的定制、代码表示性和紧凑性（顺便说一句，没有这样的词）打开无限可能的大门。

**constexpr Lambda表达式**

从C++ 17开始，Lambda表达式可以被声明为constexpr（常量表达式）。

constexpr auto sum = [](const auto &a, const auto &b) { return a + b; };
    /*
        is equivalent to
        constexpr struct anonymous
        {
            template <class T1, class T2>
            constexpr auto operator()(T1 a, T2 b) const
            {
                return a + b;
            }
        };
    */
    constexpr int answer = sum(10, 10);

即使你没有指定constexpr关键字，如果函数调用运算符恰好满足所有constexpr函数的要求，那么它也将是constexpr。

**结束语**

希望你喜欢这篇文章。我试着用几个简单的小例子来涵盖使用Lambda的大多数复杂情况。考虑到代码的表达性和易维护性，你应该在满足Lambda使用条件的所有地方都优先使用它，就像你可以将其和大多数STL算法一起用于智能指针的自定义删除器中一样。

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