C++ lambda表达式

最近在研究高性能异步编程库seastar，其中广泛运用lambda函数，为了更好的理解以及应用seastar框架，在这里对lambda做一个总结。

lambda函数是一个可调用的代码单元，c++可调用对象（callable object）主要分为以下四类:

• 函数
• 函数指针
• lambda
• 重载了函数调用符（）的类

语法

[capture list] (parameter list) mumtable throw() -> return type { function body }

主要包含六部分

1. 捕获列表
2. 参数列表 （可选）
3. 可变声明 （可选）
4. 异常声明 （可选）
5. 返回类型 （可选）
6. 函数体 

捕获列表

lambda在捕获形式上，分为包括显式捕获和隐式捕获，捕获值的类型上包括值捕获和引用捕获，基本的规则

[]
[names] #显示捕获列表，以逗号隔开
[&] #隐式捕获引用类型
[=] #隐式捕获值类型
[&, list] #隐式捕获和显示捕获混用，=或&在前，且隐式与显式为不同的类型
[=, &list]

引用的一个代码例子

struct S { void f(int i); };

void S::f(int i) {
    [&, i]{};      // OK
    [&, &i]{};     // ERROR
    [=, this]{};   // ERROR this默认为值
    [=, *this]{ }; // OK
    [i, i]{};      // ERROR 重复
}

默认情况下，对于一个值被拷贝的变量，此时捕获列表是不允许被修改的(这是因为lambda的调用是const-by-value的)，加上mutable则可以修改，此时的lambda为可变lambda

#include <iostream>

int main(){
    int v=1;
    auto y = [v] () mutable{
        return ++v;
    };
    std::cout<<y()<<std::endl; // 打印 2
}

广义捕获

广义捕获是c++14所支持的一个特性，打破只能捕获lambda作用域变量的局限，将任意表达式作为初始化参数，捕获的新值可以自动推断，举个例子

#include <iostream>

int main(){
    int x = 4;
 
    auto y = [&r = x, x = x + 1]() -> int{
        r += 2;
        return x * x;
    }(); 

    std::cout<<"x: "<<x<<"\n" <<"return: "<<y<<std::endl; //x: 6 return: 25
}

r为引用类型，引用了x的值，r+=2之后，因此x值为6；

x=x+1，可以看作x为lambda作用域的一个新的变量，变为5，其平方输出为25。

现在举一个seastar官方的例子

seastar::future<int> slow_do_something(std::unique_ptr<T> obj) {
    using namespace std::chrono_literals;
    return seastar::sleep(10ms).then([obj = std::move(obj)] () mutable {
        return do_something(std::move(obj));
    });
}

此处便应用了广义捕获，由于unique_ptr不允许拷贝，允许移动，将obj的所有权转移到continuation内，然后obj又将所用权转移到do_something函数内，由于捕获的值是不允许修改，所有加了mutable。

这是seastar需要c++14版本以上的主要原因，coroutine可以更方便有效地支持异步代码，新版本需要c++20，接下来会分享一篇coroutine的主题文章。

参数列表

参数列表是可选的，可以定义成如下形式：

auto simple=[]{return 8;};

 在c++11时，lambda与函数相同，参数列表类型不允许为auto，避免函数的重载带来歧义。在c++14对此做了改进，因为lambda不会出现重载的情况，支持了参数列表的自动推断auto。

#include <iostream>

int main(){
    auto y = [] (auto first, auto second){
        return first+second;
    };
    std::cout<<y(1,2)<<std::endl; //打印 3
}

 引用

lambda还有许多有意思的特性，比如参数模板，constexpr表达式等，详细看参考资料：

https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/lambda-expressions-in-cpp?view=msvc-170

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/lambda

https://github.com/scylladb/seastar/blob/master/doc/tutorial.md