c++ Lambda表达式详解
1.Lambda表达式概述
2.Lambda表达式定义
2.1 Lambda表达式示例
Lambda有很多叫法，有Lambda表达式、Lambda函数、匿名函数，本文中为了方便表述统一用Lambda表达式进行叙述。 ISO C ++标准官网展示了一个简单的lambda 表示式实例:
#include <algorithm>
#include <cmath>
void abssort(float* x, unsigned n) {
std::sort(x, x + n,
// Lambda expression begins
[](float a, float b) {
return (std::abs(a) < std::abs(b));
} // end of lambda expression
);
}
在上面的实例中std::sort函数第三个参数应该是传递一个排序规则的函数，但是这个实例中直接将排序函数的实现写在应该传递函数的位置，省去了定义排序函数的过程，对于这种不需要复用，且短小的函数，直接传递函数体可以增加代码的可读性。
2.2 Lambda表达式语法定义
1.捕获列表。在C ++规范中也称为Lambda导入器， 捕获列表总是出现在Lambda函数的开始处。实际上，[]是Lambda引出符。编译器根据该引出符判断接下来的代码是否是Lambda函数，捕获列表能够捕捉上下文中的变量以供Lambda函数使用。
2.参数列表。与普通函数的参数列表一致。如果不需要参数传递，则可以连同括号“()”一起省略。
3.可变规格*。mutable修饰符， 默认情况下Lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。在使用该修饰符时，参数列表不可省略（即使参数为空）。*
4.异常说明。用于Lamdba表达式内部函数抛出异常。
5.返回类型。 追踪返回类型形式声明函数的返回类型。我们可以在不需要返回值的时候也可以连同符号”->”一起省略。此外，在返回类型明确的情况下，也可以省略该部分，让编译器对返回类型进行推导。
6.lambda函数体。内容与普通函数一样，不过除了可以使用参数之外，还可以使用所有捕获的变量。
2.3 Lambda表达式参数详解
2.3.1 Lambda捕获列表
Lambda表达式与普通函数最大的区别是，除了可以使用参数以外，Lambda函数还可以通过捕获列表访问一些上下文中的数据。具体地，捕捉列表描述了上下文中哪些数据可以被Lambda使用，以及使用方式（以值传递的方式或引用传递的方式）。语法上，在“[]”包括起来的是捕获列表，捕获列表由多个捕获项组成，并以逗号分隔。捕获列表有以下几种形式：
- []表示不捕获任何变量
auto function = ([]{
std::cout << "Hello World!" << std::endl;
}
);
function();
- [var]表示值传递方式捕获变量var
int num = 100;
auto function = ([num]{
std::cout << num << std::endl;
}
);
function();
- [=]表示值传递方式捕获所有父作用域的变量（包括this）
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([=]{
std::cout << "index: "<< index << ", "
<< "num: "<< num << std::endl;
}
);
function();
- [&var]表示引用传递捕捉变量var
int num = 100;
auto function = ([&num]{
num = 1000;
std::cout << "num: " << num << std::endl;
}
);
function();
- [&]表示引用传递方式捕捉所有父作用域的变量（包括this）
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([&]{
num = 1000;
index = 2;
std::cout << "index: "<< index << ", "
<< "num: "<< num << std::endl;
}
);
function();
- [this]表示值传递方式捕捉当前的this指针
#include <iostream>
using namespace std;
class Lambda
{
public:
void sayHello() {
std::cout << "Hello" << std::endl;
};
void lambda() {
auto function = [this]{
this->sayHello();
};
function();
}
};
int main()
{
Lambda demo;
demo.lambda();
}
- [=, &] 拷贝与引用混合
- [=,&a,&b]表示以引用传递的方式捕捉变量a和b，以值传递方式捕捉其它所有变量。
int index = 1;
int num = 100;
auto function = ([=, &index, &num]{
num = 1000;
index = 2;
std::cout << "index: "<< index << ", "
<< "num: "<< num << std::endl;
}
);
function();
-
[&,a,this]表示以值传递的方式捕捉变量a和this，引用传递方式捕捉其它所有变量。
不过值得注意的是，捕捉列表不允许变量重复传递。下面一些例子就是典型的重复，会导致编译时期的错误。例如：
-
[=,a]这里已经以值传递方式捕捉了所有变量，但是重复捕捉a了，会报错的;
-
[&,&this]这里&已经以引用传递方式捕捉了所有变量，再捕捉this也是一种重复。
如果lambda主体total通过引用访问外部变量，并factor通过值访问外部变量，则以下捕获子句是等效的：
[&total, factor] [factor, &total] [&, factor] [factor, &] [=, &total] [&total, =]
2.3.2 Lambda参数列表
除了捕获列表之外，lambda还可以接受输入参数。参数列表是可选的，并且在大多数方面类似于函数的参数列表。
auto function = [] (int first, int second){
return first + second;
};
function(100, 200);
2.3.3 可变规格mutable
mutable修饰符， 默认情况下Lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。在使用该修饰符时，参数列表不可省略（即使参数为空）。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int m = 0;
int n = 0;
[&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
cout << m << endl << n << endl;
}
2.3.4 异常说明
你可以使用 throw() 异常规范来指示 lambda 表达式不会引发任何异常。与普通函数一样，如果 lambda 表达式声明 C4297 异常规范且 lambda 体引发异常，Visual C++ 编译器将生成警告 throw() 。
int main() // C4297 expected
{
[]() throw() { throw 5; }();
}
在MSDN的异常规范 [5] 中，明确指出异常规范是在 C++11 中弃用的 C++ 语言功能。因此这里不建议不建议大家使用。
2.3.5 返回类型
Lambda表达式的返回类型会自动推导。除非你指定了返回类型，否则不必使用关键字。返回型类似于通常的方法或函数的返回型部分。但是，返回类型必须在参数列表之后，并且必须在返回类型->之前包含类型关键字。如果lambda主体仅包含一个return语句或该表达式未返回值，则可以省略Lambda表达式的return-type部分。如果lambda主体包含一个return语句，则编译器将从return表达式的类型中推断出return类型。否则，编译器将返回类型推导为void。
auto x1 = [](int i){ return i; };
2.3.6 Lambda函数体
Lambda表达式的lambda主体（标准语法中的复合语句）可以包含普通方法或函数的主体可以包含的任何内容。普通函数和lambda表达式的主体都可以访问以下类型的变量：
- 捕获变量 - 形参变量 - 局部声明的变量 - 类数据成员，当在类内声明**`this`**并被捕获时 - 具有静态存储持续时间的任何变量，例如全局变量
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int m = 0;
int n = 0;
[&, n] (int a) mutable { m = ++n + a; }(4);
cout << m << endl << n << endl;
}
3.Lambda表达式的优缺点
3.1 Lambda表达式的优点
- 可以直接在需要调用函数的位置定义短小精悍的函数，而不需要预先定义好函数
std::find_if(v.begin(), v.end(), [](int& item){return item > 2});
-
使用Lamdba表达式变得更加紧凑，结构层次更加明显、代码可读性更好
3.2 Lambda表达式的缺点
- Lamdba表达式语法比较灵活，增加了阅读代码的难度
- 对于函数复用无能为力
4.Lambda表达式工作原理
4.1 Lambda表达式工作原理
编译器会把一个lambda表达式生成一个匿名类的匿名对象，并在类中重载函数调用运算符,实现了一个operator()方法。
auto print = []{cout << "Hello World!" << endl; };
编译器会把上面这一句翻译为下面的代码:
class print_class
{
public:
void operator()(void) const
{
cout << "Hello World！" << endl;
}
};
//用构造的类创建对象，print此时就是一个函数对象
auto print = print_class();
4.2 C++仿函数
仿函数（functor）又称为函数对象（function object）是一个能行使函数功能的类。仿函数的语法几乎和我们普通的函数调用一样，不过作为仿函数的类，都必须重载operator()运算符，仿函数与Lamdba表达式的作用是一致的。举个例子：
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Functor
{
public:
void operator() (const string& str) const
{
cout << str << endl;
}
};
int main()
{
Functor myFunctor;
myFunctor("Hello world!");
return 0;
}
5.Lamdba表达式适用场景
5.1 Lamdba表达式应用于STL算法库
// for_each应用实例
int a[4] = {11, 2, 33, 4};
sort(a, a+4, [=](int x, int y) -> bool { return x%10 < y%10; } );
for_each(a, a+4, [=](int x) { cout << x << " ";} );
// find_if应用实例
int x = 5;
int y = 10;
deque<int> coll = { 1, 3, 19, 5, 13, 7, 11, 2, 17 };
auto pos = find_if(coll.cbegin(), coll.cend(), [=](int i) {
return i > x && i < y;
});
// remove_if应用实例
std::vector<int> vec_data = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
int x = 5;
vec_data.erase(std::remove_if(vec.date.begin(), vec_data.end(), [](int i) {
return n < x;}), vec_data.end());
std::for_each(vec.date.begin(), vec_data.end(), [](int i) {
std::cout << i << std::endl;});
5.2 短小不需要复用函数场景
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main(void)
{
int data[6] = { 3, 4, 12, 2, 1, 6 };
vector<int> testdata;
testdata.insert(testdata.begin(), data, data + 6);
// 对于比较大小的逻辑，使用lamdba不需要在重新定义一个函数
sort(testdata.begin(), testdata.end(), [](int a, int b){
return a > b; });
return 0;
}
5.3 Lamdba表达式应用于多线程场景
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
// vector 容器存储线程
std::vector<std::thread> workers;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
workers.push_back(std::thread([]()
{
std::cout << "thread function\n";
}));
}
std::cout << "main thread\n";
// 通过 for_each 循环每一个线程
// 第三个参数赋值一个task任务
// 符号'[]'会告诉编译器我们正在用一个匿名函数
// lambda函数将它的参数作为线程的引用t
// 然后一个一个的join
std::for_each(workers.begin(), workers.end(), [](std::thread &t;)
{
t.join();
});
return 0;
}
std::mutex mutex;
std::condition_variable condition;
std::queue<std::string> queue_data;
std::thread threadBody([&]{
std::unique_lock<std::mutex> lock_log(mutex);
condition.wait(lock_log, [&]{
return !queue_data.front();
});
std::cout << "queue data: " << queue_data.front();
lock_log.unlock();
});
queue_data.push("this is my data");
condition.notity_one();
if(threadBody.joinable())
{
threadBody.join();
}
5.4 Lamdba表达式应用于函数指针与function
#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
int main(void)
{
int x = 8, y = 9;
auto add = [](int a, int b) { return a + b; };
std::function<int(int, int)> Add = [=](int a, int b) { return a + b; };
cout << "add: " << add(x, y) << endl;
cout << "Add: " << Add(x, y) << endl;
return 0;
}
5.5 Lamdba表达式作为函数的入参
using FuncCallback = std::function<void(void)>;
void DataCallback(FuncCallback callback)
{
std::cout << "Start FuncCallback!" << std::endl;
callback();
std::cout << "End FuncCallback!" << std::endl;
}
auto callback_handler = [&](){
std::cout << "This is callback_handler";
};
DataCallback(callback_handler);
5.6 Lamdba表达式在QT中的应用
QTimer *timer=new QTimer;
timer->start(1000);
QObject::connect(timer,&QTimer::timeout,[&](){
qDebug() << "Lambda表达式";
});
int a = 10;
QString str1 = "汉字博大精深";
connect(pBtn4, &QPushButton::clicked, [=](bool checked){
qDebug() << a <<str1;
qDebug() << checked;
qDebug() << "Hua Windows Lambda Button";
});
6.总结
对于Lambda这种新东西，有的人用的非常爽，而有的人看着都不爽。仁者见仁，智者见智。不管怎么样，作为程序员的你，都要会的。这篇文章就是用来弥补自己对C++ Lambda表达式的认知不足的总结，在很多开源代码中Lamdba表达式使用的非常多，如果不深入学习Lamdba相关知识，在未来学习开源代码就会有很多障碍。
timer->start(1000);
QObject::connect(timer,&QTimer::timeout,[&](){
qDebug() << "Lambda表达式";
});
int a = 10;
QString str1 = "汉字博大精深";
connect(pBtn4, &QPushButton::clicked, [=](bool checked){
qDebug() << a <<str1;
qDebug() << checked;
qDebug() << "Hua Windows Lambda Button";
});
参考自：https://blog.csdn.net/A1138474382/article/details/111149792
