C++11新特性——lambda表达式
C++ 11 Lambda表达式
C++11的一大亮点就是引入了Lambda表达式。利用Lambda表达式，可以方便的定义和创建匿名函数。对于C++这门语言来说来说，“Lambda表达式”或“匿名函数”这些概念听起来好像很深奥，但很多高级语言在很早以前就已经提供了Lambda表达式的功能，如C#，Python等。今天，我们就来简单介绍一下C++中Lambda表达式的简单使用。
声明Lambda表达式
Lambda表达式完整的声明格式如下：
[capture list] (params list) mutable exception-> return type { function body }
各项具体含义如下
- capture list：捕获外部变量列表
- params list：形参列表
- mutable指示符：用来说用是否可以修改捕获的变量
- exception：异常设定
- return type：返回类型
- function body：函数体
此外，我们还可以省略其中的某些成分来声明“不完整”的Lambda表达式，常见的有以下几种：
| 序号 | 格式 |
|---|---|
| 1 | [capture list] (params list) -> return type {function body} |
| 2 | [capture list] (params list) {function body} |
| 3 | [capture list] {function body} |
其中：
- 格式1声明了const类型的表达式，这种类型的表达式不能修改捕获列表中的值。
- 格式2省略了返回值类型，但编译器可以根据以下规则推断出Lambda表达式的返回类型： （1）：如果function body中存在return语句，则该Lambda表达式的返回类型由return语句的返回类型确定； （2）：如果function body中没有return语句，则返回值为void类型。
-
格式3中省略了参数列表，类似普通函数中的无参函数。
讲了这么多，我们还没有看到Lambda表达式的庐山真面目，下面我们就举一个实例。
#include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> using namespace std;bool cmp(int a, int b)
{
return a < b;
}int main()
{
vector<int> myvec{ 3, 2, 5, 7, 3, 2 };
vector<int> lbvec(myvec);sort(myvec.begin(), myvec.end(), cmp); </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 旧式做法</span> cout << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">predicate function:</span><span style="color: #800000;">"</span> <<<span style="color: #000000;"> endl; </span><span style="color: #0000ff;">for</span> (<span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> it : myvec) cout </span><< it << <span style="color: #800000;">'</span> <span style="color: #800000;">'</span><span style="color: #000000;">; cout </span><<<span style="color: #000000;"> endl; sort(lbvec.begin(), lbvec.end(), [](</span><span style="color: #0000ff;">int</span> a, <span style="color: #0000ff;">int</span> b) -> <span style="color: #0000ff;">bool</span> { <span style="color: #0000ff;">return</span> a < b; }); <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> Lambda表达式</span> cout << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">lambda expression:</span><span style="color: #800000;">"</span> <<<span style="color: #000000;"> endl; </span><span style="color: #0000ff;">for</span> (<span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> it : lbvec) cout </span><< it << <span style="color: #800000;">'</span> <span style="color: #800000;">'</span><span style="color: #000000;">;}
在C++11之前，我们使用STL的sort函数，需要提供一个谓词函数。如果使用C++11的Lambda表达式，我们只需要传入一个匿名函数即可，方便简洁，而且代码的可读性也比旧式的做法好多了。
下面，我们就重点介绍一下Lambda表达式各项的具体用法。
捕获外部变量
Lambda表达式可以使用其可见范围内的外部变量，但必须明确声明（明确声明哪些外部变量可以被该Lambda表达式使用）。那么，在哪里指定这些外部变量呢？Lambda表达式通过在最前面的方括号[]来明确指明其内部可以访问的外部变量，这一过程也称过Lambda表达式“捕获”了外部变量。
我们通过一个例子来直观地说明一下：
#include <iostream> using namespace std;int main()
{
int a = 123;
auto f = [a] { cout << a << endl; };
f(); // 输出：123</span><span style="color: #ff0000;">//或通过“函数体”后面的‘()’传入参数</span> auto x = [](<span style="color: #0000ff;">int</span> a){cout << a << endl;}(<span style="color: #800080;">123</span><span style="color: #000000;">);}
上面这个例子先声明了一个整型变量a，然后再创建Lambda表达式，该表达式“捕获”了a变量，这样在Lambda表达式函数体中就可以获得该变量的值。
类似参数传递方式（值传递、引入传递、指针传递），在Lambda表达式中，外部变量的捕获方式也有值捕获、引用捕获、隐式捕获。
1、值捕获
值捕获和参数传递中的值传递类似，被捕获的变量的值在Lambda表达式创建时通过值拷贝的方式传入，因此随后对该变量的修改不会影响影响Lambda表达式中的值。
示例如下：
int main() { int a = 123; auto f = [a] { cout << a << endl; }; a = 321; f(); // 输出：123 }
这里需要注意的是，如果以传值方式捕获外部变量，则在Lambda表达式函数体中不能修改该外部变量的值。
2、引用捕获
使用引用捕获一个外部变量，只需要在捕获列表变量前面加上一个引用说明符&。如下：
int main() { int a = 123; auto f = [&a] { cout << a << endl; }; a = 321; f(); // 输出：321 }
从示例中可以看出，引用捕获的变量使用的实际上就是该引用所绑定的对象。
3、隐式捕获
上面的值捕获和引用捕获都需要我们在捕获列表中显示列出Lambda表达式中使用的外部变量。除此之外，我们还可以让编译器根据函数体中的代码来推断需要捕获哪些变量，这种方式称之为隐式捕获。隐式捕获有两种方式，分别是[=]和[&]。[=]表示以值捕获的方式捕获外部变量，[&]表示以引用捕获的方式捕获外部变量。
隐式值捕获示例：
int main() { int a = 123; auto f = [=] { cout << a << endl; }; // 值捕获 f(); // 输出：123 }
隐式引用捕获示例：
int main() { int a = 123; auto f = [&] { cout << a << endl; }; // 引用捕获 a = 321; f(); // 输出：321 }
4、混合方式
上面的例子，要么是值捕获，要么是引用捕获，Lambda表达式还支持混合的方式捕获外部变量，这种方式主要是以上几种捕获方式的组合使用。
到这里，我们来总结一下：C++11中的Lambda表达式捕获外部变量主要有以下形式：
| 捕获形式 | 说明 |
|---|---|
| [] | 不捕获任何外部变量 |
| [变量名, …] | 默认以值得形式捕获指定的多个外部变量（用逗号分隔），如果引用捕获，需要显示声明（使用&说明符） |
| [this] | 以值的形式捕获this指针 |
| [=] | 以值的形式捕获所有外部变量 |
| [&] | 以引用形式捕获所有外部变量 |
| [=, &x] | 变量x以引用形式捕获，其余变量以传值形式捕获 |
| [&, x] | 变量x以值的形式捕获，其余变量以引用形式捕获 |
修改捕获变量
前面我们提到过，在Lambda表达式中，如果以传值方式捕获外部变量，则函数体中不能修改该外部变量，否则会引发编译错误。那么有没有办法可以修改值捕获的外部变量呢？这是就需要使用mutable关键字，该关键字用以说明表达式体内的代码可以修改值捕获的变量，示例：
int main() { int a = 123; auto f = [a]()mutable { cout << ++a; }; // 不会报错 cout << a << endl; // 输出：123 f(); // 输出：124 }
Lambda表达式的参数
Lambda表达式的参数和普通函数的参数类似，那么这里为什么还要拿出来说一下呢？原因是在Lambda表达式中传递参数还有一些限制，主要有以下几点：
- 参数列表中不能有默认参数
- 不支持可变参数
- 所有参数必须有参数名
常用举例：
{
int m = [](int x) { return [](int y) { return y * 2; }(x)+6; }(5);
std::cout << "m:" << m << std::endl; //输出m:16
std::cout << "n:" << [](int x, int y) { return x + y; }(5, 4) << std::endl; //输出n:9
auto gFunc = [](int x) -> function<int(int)> { return [=](int y) { return x + y; }; };
auto lFunc = gFunc(4);
std::cout << lFunc(5) << std::endl;
auto hFunc </span>= [](<span style="color: #0000ff;">const</span> function<<span style="color: #0000ff;">int</span>(<span style="color: #0000ff;">int</span>)>& f, <span style="color: #0000ff;">int</span> z) { <span style="color: #0000ff;">return</span> f(z) + <span style="color: #800080;">1</span><span style="color: #000000;">; };
auto a </span>= hFunc(gFunc(<span style="color: #800080;">7</span>), <span style="color: #800080;">8</span><span style="color: #000000;">);
</span><span style="color: #0000ff;">int</span> a = <span style="color: #800080;">111</span>, b = <span style="color: #800080;">222</span><span style="color: #000000;">;
auto func </span>= [=, &b]()mutable { a = <span style="color: #800080;">22</span>; b = <span style="color: #800080;">333</span>; std::cout << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">a:</span><span style="color: #800000;">"</span> << a << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;"> b:</span><span style="color: #800000;">"</span> << b <<<span style="color: #000000;"> std::endl; };
func();
std::cout </span><< <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">a:</span><span style="color: #800000;">"</span> << a << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;"> b:</span><span style="color: #800000;">"</span> << b <<<span style="color: #000000;"> std::endl;
a </span>= <span style="color: #800080;">333</span><span style="color: #000000;">;
auto func2 </span>= [=, &a] { a = <span style="color: #800080;">444</span>; std::cout << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;">a:</span><span style="color: #800000;">"</span> << a << <span style="color: #800000;">"</span><span style="color: #800000;"> b:</span><span style="color: #800000;">"</span> << b <<<span style="color: #000000;"> std::endl; };
func2();
auto func3 </span>= [](<span style="color: #0000ff;">int</span> x) ->function<<span style="color: #0000ff;">int</span>(<span style="color: #0000ff;">int</span>)> { <span style="color: #0000ff;">return</span> [=](<span style="color: #0000ff;">int</span> y) { <span style="color: #0000ff;">return</span> x + y; }; };<br><br> </pre>
std::function<void(int x)> f_display_42 = [](int x) { print_num(x); };
f_display_42(44);
}
</div>
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