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C++ Lambda表达式

 
  • 2022年 08月29日

C++11标准中引入了 Lambda 表达式，用于定义匿名函数，使得代码更加灵活简洁。

Lambda 表达式与普通函数类似，也有参数列表、返回值类型和函数体，只是它的定义方式更简洁，并且可以在函数内部定义。

1 Lambda简介

  • lambda表达式是C++11最重要也最常用的一个特性之一，其实在C#3.5中就引入了lambda，Java8中也引入了lambda表达式

  • lambda 来源于函数式编程的概念，也是现在编程语言的一个特点，有如下优点：

    • 声明式编程风格：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者对象，以更直接的方式去写程序，好的可读性和可维护性

    • 简洁：不需要额外再写一个函数或者函数对象，避免了代码膨胀和功能分散，让开发者更加集中精力在手边的问题，同时也获取了更高的生产率

    • 在需要的时间和地点实现功能闭包，使程序更灵活

  • lambda表达式是一种局部类类型，它含有一个构造函数，和一个const成员函数operator()()。

  • lambda表达式除了能做参数外，还能用于初始化一个声明为auto或者std::function<R(LA)>的变量。R是lambda的返回类型，LA是它的类型参数列表。

2 Lambda 使用

  • Lambda的语法形式如下：

      [capture](params) -> return_type { body };

    对应解释为：

      [捕获列表] (函数参数) mutable 或 throw() 声明 -> 返回值类型 {函数体}

    由上可以看出Lamda表达的组成部件为：

    • 一个可能为空的捕获列表，指明定义环境中哪些名字能够被用在lambda表达式中，以及这些名字是被拷贝还是引用。捕获列表位于[]中。 补充： 静态变量不能也不需要被捕获。

    • 一个可选的参数列表。指明所需要的参数，位于()中。补充: 当无参数时，可以省略。

    • 一个可选的mutable修饰符，当需要修改通过值捕获的变量的副本时，位于()之后。

    • 一个可选的throw() 声明或者 noexcept，表明无异常被抛出。位于mutable修饰符之后。

    • 一个可选的->形式的返回类型声明，可与decltype一起搭配使用。

    • 一个表达式体，指明要执行的代码，位于{}块中。

  • 使用示例：

      int main()
  {
      auto f1 = [](int a) -> int {return a + 1; };
              //捕获列表        
      auto f2 = [](int a) {return a; }; //直接推导类型 可以省略 -> int
	
      auto f3 = [](int a) ->std::initializer_list<int> {return { a,1 }; };
      //auto f = [](int a)  {return { a,1 }; };  无法推导出
  }

  • 变量捕获

    Lambda表达式可以通过[ ]捕获其父级作用域的变量，具体使用如下：

    • [] 不捕获任何变量

    • [&] 捕获外部作用域中所有变量，并作为引用在函数体中使用（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中使用（按值捕获）, 即以const引用的方式传值

    • [=,&foo] 按值捕获外部作用域中所有变量，并按引用获取foo变量

    • [bar] 按值捕获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同样的访问权限，如果已经使用了&或者=，就默认添加此选项，捕获this的目的是可以在lambda中使用当前类的成员函数和成员变量

  • mutable使用

    当函数参数以值引用传递方式传递时，在函数体内是不可以修改该函数参数的值的，我们可以使用mutable修饰符，使得该函数参数可以在函数体内改变。

    示例如下：

      int main()
  {
      int a = 0;
      auto f1 = [=] {return a++; }; //error
      auto f2 = [=]() mutable {return a++; }; //可变的 
      //这里的a是上面a的一个副本
  }

  • 返回类型

    lambda表达式的大多数规则都是从类和函数借鉴过来的，然而需要有两点需要注意：

    • 如果lambda表达式不需要任何参数，则参数列表可以省略。因此lambda表达式的最简形式是[]{}。

    • lambda表达式的返回类型可以有其本身推断得到，而函数(方法)不行。

    如果在一条lambda表达式的主体部分不包含return语句，则其返回类型为void。

    如果lambda表达式只包含一条return语句，则返回类型是return表达式的类型。 其他情况，必须显式定义一个返回类型。

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