C++ - Lambda 表达式
1. 基本用法
lambda 表达式是 C++11 最重要也是最常用的特性之一,这是现代编程语言的一个特点,lambda 表达式有如下的一些优点:
- 声明式的编程风格: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函数对象。
- 简洁:避免了代码膨胀和功能分散,让开发更加高效。
- 在需要的时间和地点实现功能闭包,使程序更加灵活。
lambda 表达式定义了一个匿名函数,并且可以捕获一定范围内的变量。lambda 表达式的语法形式简单归纳如下:
[capture](params) opt -> ret {body;};
其中 capture 是捕获列表,params 是参数列表,opt 是函数选项,ret 是返回值类型,body 是函数体。
1. 捕获列表 []: 捕获一定范围内的变量
2. 参数列表 (): 和普通函数的参数列表一样,如果没有参数参数列表可以省略不写。
auto f = [](){return 1;} // 没有参数, 参数列表为空
auto f = []{return 1;} // 没有参数, 参数列表省略不写
3. opt 选项, 不需要可以省略
mutable: 可以修改按值传递进来的拷贝(注意是能修改拷贝,而不是值本身)
exception: 指定函数抛出的异常,如抛出整数类型的异常,可以使用 throw ();
4. 返回值类型:在 C++11 中,lambda 表达式的返回值是通过返回值后置语法来定义的。
5. 函数体:函数的实现,这部分不能省略,但函数体可以为空。
2. 捕获列表
lambda 表达式的捕获列表可以捕获一定范围内的变量,具体使用方式如下:
[] - 不捕捉任何变量
[&] - 捕获外部作用域中所有变量,并作为引用在函数体内使用 (按引用捕获)
[=] - 捕获外部作用域中所有变量,并作为副本在函数体内使用 (按值捕获)
拷贝的副本在匿名函数体内部是只读的
[=, &foo] - 按值捕获外部作用域中所有变量,并按照引用捕获外部变量 foo
[bar] - 按值捕获 bar 变量,同时不捕获其他变量
[&bar] - 按引用捕获 bar 变量,同时不捕获其他变量
[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 =, 默认添加此选项
下面通过一个例子,看一下初始化列表的具体用法:
#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
class Test
{
public:
void output(int x, int y)
{
auto x1 = [] {return m_number; }; // error
auto x2 = [=] {return m_number + x + y; }; // ok
auto x3 = [&] {return m_number + x + y; }; // ok
auto x4 = [this] {return m_number; }; // ok
auto x5 = [this] {return m_number + x + y; }; // error
auto x6 = [this, x, y] {return m_number + x + y; }; // ok
auto x7 = [this] {return m_number++; }; // ok
}
int m_number = 100;
};
x1:错误,没有捕获外部变量,不能使用类成员 m_number
x2:正确,以值拷贝的方式捕获所有外部变量
x3:正确,以引用的方式捕获所有外部变量
x4:正确,捕获 this 指针,可访问对象内部成员
x5:错误,捕获 this 指针,可访问类内部成员,没有捕获到变量 x,y,因此不能访问。
x6:正确,捕获 this 指针,x,y
x7:正确,捕获 this 指针,并且可以修改对象内部变量的值
int main(void)
{
int a = 10, b = 20;
auto f1 = [] {return a; }; // error
auto f2 = [&] {return a++; }; // ok
auto f3 = [=] {return a; }; // ok
auto f4 = [=] {return a++; }; // error
auto f5 = [a] {return a + b; }; // error
auto f6 = [a, &b] {return a + (b++); }; // ok
auto f7 = [=, &b] {return a + (b++); }; // ok
return 0;
}
f1:错误,没有捕获外部变量,因此无法访问变量 a
f2:正确,使用引用的方式捕获外部变量,可读写
f3:正确,使用值拷贝的方式捕获外部变量,可读
f4:错误,使用值拷贝的方式捕获外部变量,可读不能写
f5:错误,使用拷贝的方式捕获了外部变量 a,没有捕获外部变量 b,因此无法访问变量 b
f6:正确,使用拷贝的方式捕获了外部变量 a,只读,使用引用的方式捕获外部变量 b,可读写
f7:正确,使用值拷贝的方式捕获所有外部变量以及 b 的引用,b 可读写,其他只读
在匿名函数内部,需要通过 lambda 表达式的捕获列表控制如何捕获外部变量,以及访问哪些变量。默认状态下 lambda 表达式无法修改通过复制方式捕获外部变量,如果希望修改这些外部变量,需要通过引用的方式进行捕获。
3. 返回值
很多时候,lambda 表达式的返回值是非常明显的,因此在 C++11 中允许省略 lambda 表达式的返回值。
// 完整的lambda表达式定义
auto f = [](int a) -> int
{
return a+10;
};
// 忽略返回值的lambda表达式定义
auto f = [](int a)
{
return a+10;
};
一般情况下,不指定 lambda 表达式的返回值,编译器会根据 return 语句自动推导返回值的类型,但需要注意的是 labmda表达式不能通过列表初始化自动推导出返回值类型。
// ok,可以自动推导出返回值类型
auto f = [](int i)
{
return i;
}
// error,不能推导出返回值类型
auto f1 = []()
{
return {1, 2}; // 基于列表初始化推导返回值,错误
}
4. 函数本质
使用 lambda 表达式捕获列表捕获外部变量,如果希望去修改按值捕获的外部变量,那么应该如何处理呢?这就需要使用 mutable 选项,被mutable修改是lambda表达式就算没有参数也要写明参数列表,并且可以去掉按值捕获的外部变量的只读(const)属性。
int a = 0;
auto f1 = [=] {return a++; }; // error, 按值捕获外部变量, a是只读的
auto f2 = [=]()mutable {return a++; }; // ok
最后再剖析一下为什么通过值拷贝的方式捕获的外部变量是只读的:
lambda表达式的类型在C++11中会被看做是一个带operator()的类,即仿函数。
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值的。
mutable 选项的作用就在于取消 operator () 的 const 属性。
因为 lambda 表达式在 C++ 中会被看做是一个仿函数,因此可以使用std::function和std::bind来存储和操作lambda表达式:
include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
int main(void)
{
// 包装可调用函数
std::function<int(int)> f1 = [](int a) {return a; };
// 绑定可调用函数
std::function<int(int)> f2 = bind([](int a) {return a; }, placeholders::_1);
// 函数调用
cout << f1(100) << endl;
cout << f2(200) << endl;
return 0;
}
对于没有捕获任何变量的 lambda 表达式,还可以转换成一个普通的函数指针:
using func_ptr = int(*)(int);
// 没有捕获任何外部变量的匿名函数
func_ptr f = [](int a)
{
return a;
};
// 函数调用
f(1314);
作者: 苏丙榅
链接: https://subingwen.cn/cpp/lambda
来源: 爱编程的大丙
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