C++ 中的Lambda表達(dá)式寫法

更新時(shí)間：2017年02月03日 11:41:03 投稿：mrr

在 C++ 11 中，lambda 表達(dá)式（通常稱為 “l(fā)ambda”）是一種在被調(diào)用的位置或作為參數(shù)傳遞給函數(shù)的位置定義匿名函數(shù)對(duì)象的簡便方法，下面通過本文給大家介紹C++ 中的Lambda表達(dá)式寫法，需要的朋友參考下吧

小喵的嘮叨話:

寒假之后，小喵在家里無所事事，最近用C++寫代碼的時(shí)候，用到了std::sort這個(gè)函數(shù)，每次用這個(gè)函數(shù)，小喵似乎都得查一下lambda表達(dá)式的寫法。正好最近很閑，不如總結(jié)一下。

在Bing上搜索 C++ lambda ，第一條記錄就是MSDN上的C++ lambda的介紹。本文也是基于這篇文章來寫的。

那么接下來，我們分幾個(gè)部分來介紹。

一、什么是Lambda表達(dá)式

MSDN上對(duì)lambda表達(dá)式的解釋：

在 C++ 11 中，lambda 表達(dá)式（通常稱為 “l(fā)ambda”）是一種在被調(diào)用的位置或作為參數(shù)傳遞給函數(shù)的位置定義匿名函數(shù)對(duì)象的簡便方法。 Lambda 通常用于封裝傳遞給算法或異步方法的少量代碼行。 [1]

看了這個(gè)解釋，相信大家已經(jīng)理解lambda表達(dá)式是什么。簡而言之，lambda表達(dá)式就是一種定義函數(shù)的簡單的方法。

舉一個(gè)簡單的例子：求一個(gè)數(shù)的階乘。

這是一般的函數(shù)的寫法：

// 這里要求n>=0，同時(shí)n的取值不能太大，會(huì)溢出
// 為了方便，這里并沒有處理上面說到的問題
int factorial(int n) {
 int fact = 1;
 for (int i = 1; i <= n; ++ i) fact *= i;
 return fact;
}

Lambda表達(dá)式的寫法：

autofactorial = [](int n) {
 int fact = 1;
 for (int i = 1; i <= n; ++ i) fact *= i;
 return fact;
};

乍一看，這兩種定義方式十分的相似。但其實(shí)這是兩種完全不同的方式，前一種是函數(shù)定義式，而后一種是一個(gè)表達(dá)式。factorial是變量名，等于號(hào)后面的是值，也就是一個(gè)lambda表達(dá)式，本質(zhì)上是一個(gè)匿名的函數(shù)。最終factorial就是一個(gè)函數(shù)。

很多時(shí)候，我們只是直接書寫lambda表達(dá)式，而不需要給他一個(gè)名字。比如排序的時(shí)候，sort可以接受一個(gè)自定義的比較函數(shù)，這時(shí)候直接書寫lambda表達(dá)式即可。

二、Lambda表達(dá)式的作用

由于lambda本身其實(shí)也就是一種函數(shù)的定義方式。因此它的主要作用還是和一般函數(shù)一樣。但是lambda表達(dá)式相對(duì)于一般函數(shù)，又有一些功能之外的作用。參考了知乎上的一些回答 [2] ，小喵也進(jìn)行了總結(jié)。

1、可以用表達(dá)式來定義函數(shù)，這樣使得函數(shù)的定義和調(diào)用在一起，語意和邏輯上更為緊湊。同時(shí)，對(duì)于只是用一次的短小的函數(shù)，直接調(diào)用匿名的lambda表達(dá)式是最好的選擇，這樣就不需要給每個(gè)函數(shù)起名字了。 /* 起名字一直是一個(gè)很令人頭疼的問題 */

2、閉包(Closure)。這個(gè)小喵的寫javascript的時(shí)候時(shí)常會(huì)用到。閉包本質(zhì)上就是能夠訪問上下文環(huán)境中變量的代碼塊。

這里我們簡單的舉個(gè)例子，還是之前的求階乘的問題，現(xiàn)在我們有些提高需求。

現(xiàn)在需要完成下面的三種階乘的運(yùn)算：

n! = n * (n – 1) * (n – 2) * …

n!! = n * (n – 2) * (n – 4) * …

n!!! = n * (n – 3) * (n – 6) * …

要求編寫3個(gè)函數(shù)，分別完成上述3種計(jì)算。

使用一般的方式寫很容易實(shí)現(xiàn)，我們這里直接使用lambda表達(dá)式來實(shí)現(xiàn)：

#include <iostream>
#include <functional>
std::function<int(int)> getFactorialFunc(int n) {
 return [n](int x) {
  int fact = 1;
  for (; x >= 1; x -= n) fact *= x;
  return fact;
 };
}
int main() {
 // 構(gòu)造要求的三個(gè)函數(shù)
 autofactorial1 = getFactorialFunc(1);
 autofactorial2 = getFactorialFunc(2);
 autofactorial3 = getFactorialFunc(3);
 // 調(diào)用
 std::cout << factorial1(10) << std::endl;
 std::cout << factorial2(10) << std::endl;
 std::cout << factorial3(10) << std::endl;
}

編譯的時(shí)候要注意，lambda表達(dá)式是C++11開始支持的，所以需要指定一下C++的版本。

g++ factorial_lambda.cpp -o factorial_lambda.out --std=c++11

運(yùn)行之后的結(jié)果為：

./factorial_lambda.out
3628800
3840
280

這里作為返回值的lambda表達(dá)式，可以訪問先前傳入的參數(shù)，這也就是閉包。具體的語法，我們后面會(huì)講到。

3、柯里化(Currying)。這部分小喵也是第一次接觸，維基百科有如下解釋：

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，柯里化（英語：Currying），又譯為卡瑞化或加里化，是把接受多個(gè)參數(shù)的函數(shù)變換成接受一個(gè)單一參數(shù)（最初函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)）的函數(shù)，并且返回接受余下的參數(shù)而且返回結(jié)果的新函數(shù)的技術(shù)。 [3]

下面給出一個(gè)例子（也是實(shí)現(xiàn)之前的階乘）：

#include <iostream>
#include <functional>
// 兩個(gè)參數(shù)的階乘
int factorial(int n, int step) {
 int r = 1;
 for (; n >= 1; n -= step) {
  r *= n;
 }
 return r;
}
// curring化的階乘
std::function<int(int)> currying_factorial(int step) {
 return [step](int n) {
  return factorial(n, step);
 };
}
int main() {
 // 調(diào)用普通函數(shù)
 std::cout << factorial(10, 1) << std::endl;
 std::cout << factorial(10, 2) << std::endl;
 std::cout << factorial(10, 3) << std::endl;
 // 調(diào)用currying函數(shù)
 std::cout << currying_factorial(1)(10) << std::endl;
 std::cout << currying_factorial(2)(10) << std::endl;
 std::cout << currying_factorial(3)(10) << std::endl;
 return 0;
}

4、lambda表達(dá)式整體可以被當(dāng)做函數(shù)的參數(shù)或者返回值。

閉包和currying的例子就是將整個(gè)lambda表達(dá)式作為返回值。現(xiàn)在再舉一個(gè)作為參數(shù)的例子：

#include <iostream>
#include <functional>
int operate(int x, int y, const std::function<int(int, int)> &op) {
 return op(x, y);
}
int main() {
 autoadd = [](int x, int y) { return x + y;};
 automul = [](int x, int y) { return x - y;};
 
 std::cout << operate(10, 5, add) << std::endl;
 std::cout << operate(10, 5, mul) << std::endl;
 return 0;
}

運(yùn)行的結(jié)果：

其實(shí)函數(shù)也可以當(dāng)參數(shù)傳入的（函數(shù)指針），但是lambda表達(dá)式要更為直觀和靈活一些。誰能一眼看出int (*func(int))(int)究竟是什么意思呢(這是一個(gè)函數(shù)的定義，輸入的參數(shù)是int，返回值是一個(gè)函數(shù)指針，函數(shù)指針對(duì)應(yīng)的函數(shù)的輸入和輸出類型都是int)。

三、Lambda表達(dá)式的語法

看到前面的lambda表達(dá)式的各種有趣的功能，現(xiàn)在是不是非常迫切的想嘗試一把？

ISO C++ 標(biāo)準(zhǔn)展示了作為第三個(gè)參數(shù)傳遞給 std::sort() 函數(shù)的簡單 lambda：

#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 
 ); 
}

lambda表達(dá)式的組成部分見下圖：

Capture 子句（在 C++ 規(guī)范中也稱為 lambda 引導(dǎo)。）

參數(shù)列表（可選）。（也稱為 lambda 聲明符)

可變規(guī)范（可選）。

異常規(guī)范（可選）。

尾隨返回類型（可選）。

“l(fā)ambda 體”

接下來我們需要學(xué)習(xí)這6個(gè)部分。

1、Capture 子句

我們知道，一般情況下，函數(shù)只能訪問自己的參數(shù)和外部的全局變量。而lambda表達(dá)式卻可以訪問上下文的變量（參見閉包的例子）。那么如何指定要訪問的變量，以及訪問的方式（值或者引用）呢？這就是Capture 子句要解決的問題。

Lambda 可在其主體中引入新的變量（用 C++14），它還可以訪問（或 “捕獲” ）周邊范圍內(nèi)的變量。 Lambda 以 Capture 子句（標(biāo)準(zhǔn)語法中的 lambda 引導(dǎo) ）開頭，它指定要捕獲的變量以及是通過值還是引用進(jìn)行捕獲。有與號(hào) ( & ) 前綴的變量通過引用訪問，沒有該前綴的變量通過值訪問。

空 capture 子句 [ ] 指示 lambda 表達(dá)式的主體不訪問封閉范圍中的變量。

可以使用默認(rèn)捕獲模式（標(biāo)準(zhǔn)語法中的 capture-default ）來指示如何捕獲 lambda 中引用的任何外部變量：[&] 表示通過引用捕獲引用的所有變量，而 [=] 表示通過值捕獲它們。可以使用默認(rèn)捕獲模式，然后為特定變量顯式指定相反的模式。例如，如果 lambda 體通過引用訪問外部變量 total 并通過值訪問外部變量 factor ，則以下 capture 子句等效：

[&total, factor]
[factor, &total]
[&, factor]
[factor, &]
[=, &total]
[&total, =]

我們之前的閉包中使用的就是通過值訪問。

使用 capture-default 時(shí)，只有 lambda 中提及的變量才會(huì)被捕獲。

如果 capture 子句包含 capture-default & ，則該 capture 子句的 identifier 中沒有任何 capture 可采用 & identifier 形式。同樣，如果 capture 子句包含 capture-default = ，則該 capture 子句的 capture 不能采用 = identifier 形式。 identifier 或 this 在 capture 子句中出現(xiàn)的次數(shù)不能超過一次。以下代碼片段給出了一些示例。

struct S { void f(int i); }; 
 void S::f(int i) { 
 [&, i]{}; // OK 
 [=, &i]{}; // OK
 [&, &i]{}; // ERROR: i preceded by & when & is the default 
 [=, this]{}; // ERROR: this when = is the default 
 [i, i]{}; // ERROR: i repeated 
}

capture 后跟省略號(hào)是包擴(kuò)展，如以下可變參數(shù)模板 [4] 示例中所示：

template<class... Args> 
void f(Args... args) { 
 auto x = [args...] { return g(args...); }; 
 x(); 
}

要在類方法的正文中使用 lambda 表達(dá)式，需要將this指針傳遞給 Capture 子句，以提供對(duì)封閉類的方法和數(shù)據(jù)成員的訪問權(quán)限。

這里大家可能覺得有點(diǎn)奇怪，將this指針傳給Capture子句？

其實(shí)我們常使用的成員函數(shù)也是用類似的方法實(shí)現(xiàn)的。我們知道，使用成員函數(shù)需要有一個(gè)類實(shí)例，但是調(diào)用類函數(shù)就不需要。這是因?yàn)槌蓡T函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是this，當(dāng)然這個(gè)參數(shù)我們編寫代碼的時(shí)候不需要自己手動(dòng)寫出，而是默認(rèn)的。使用像python這樣的語言的時(shí)候就是需要顯示的寫出的。在使用類實(shí)例調(diào)用成員函數(shù)的時(shí)候，會(huì)默認(rèn)將this指針傳入。成員函數(shù)有這么一個(gè)參數(shù)，就可以訪問類實(shí)例的各種變量和方法。而類函數(shù)是沒有這個(gè)參數(shù)的，也就是沒有this這個(gè)指針，因此它的調(diào)用并不需要類實(shí)例，當(dāng)然也就不能訪問類實(shí)例的變量。

在使用 capture 子句時(shí)，要記住以下幾點(diǎn)（尤其是使用采取多線程的 lambda 時(shí)）：

引用捕獲可用于修改外部變量，而值捕獲卻不能實(shí)現(xiàn)此操作。（mutable允許修改副本，而不能修改原始項(xiàng)。）

引用捕獲會(huì)反映外部變量的更新，而值捕獲卻不會(huì)反映。

引用捕獲引入生存期依賴項(xiàng)，而值捕獲卻沒有生存期依賴項(xiàng)。當(dāng) lambda 以異步方式運(yùn)行時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。如果在異步 lambda 中通過引用捕獲本地變量，該本地變量將很可能在 lambda 運(yùn)行時(shí)消失，從而導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)訪問沖突。

通用捕獲 (C++14)

在 C++14 中，可在 Capture 子句中引入并初始化新的變量，而無需使這些變量存在于 lambda 函數(shù)的封閉范圍內(nèi)。初始化可以任何任意表達(dá)式表示；且將從該表達(dá)式生成的類型推導(dǎo)新變量的類型。此功能的一個(gè)好處是，在 C++14 中，可從周邊范圍捕獲只移動(dòng)的變量（例如 std::unique_ptr）并在 lambda 中使用它們。

pNums = make_unique<vector<int>>(nums); 
//... 
  auto a = [ptr = move(pNums)]() 
  { 
   // use ptr 
  };

2、參數(shù)列表

除了捕獲變量，lambda 還可接受輸入?yún)?shù)。參數(shù)列表（在標(biāo)準(zhǔn)語法中稱為 lambda 聲明符）是可選的，它在大多數(shù)方面類似于函數(shù)的參數(shù)列表。

autoadd = [] (int first, int second) 
{ 
 return first + second; 
};

在 C++14 中，如果參數(shù)類型是泛型，則可以使用 auto 關(guān)鍵字作為類型說明符。這將告知編譯器將函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符創(chuàng)建為模板。參數(shù)列表中的每個(gè) auto 實(shí)例等效于一個(gè)不同的類型參數(shù)。

autoadd = [] (autofirst, autosecond) 
{ 
 return first + second; 
};

lambda 表達(dá)式可以將另一個(gè) lambda 表達(dá)式作為其參數(shù)。

由于參數(shù)列表是可選的，因此在不將參數(shù)傳遞到 lambda 表達(dá)式，并且其 lambda-declarator: 不包含 exception-specification 、 trailing-return-type 或 mutable 的情況下，可以省略空括號(hào)。

[]{}; // 這就是最簡單的lambda表達(dá)式

3、可變規(guī)范

通常，lambda 的函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符為 const-by-value，但對(duì) mutable 關(guān)鍵字的使用可將其取消。它不會(huì)生成可變的數(shù)據(jù)成員。利用可變規(guī)范，lambda 表達(dá)式的主體可以修改通過值捕獲的變量。本文后面的一些示例將顯示如何使用 mutable 。

#include <iostream>
int main()
{
 int n = 10;
 autolambda1 = [n](int x) {
  /* ++ n; */ // 這句編譯會(huì)出錯(cuò)，錯(cuò)誤信息如下：
     // error: cannot assign to a variable captured
     // by copy in a non-mutable lambda
  return x + n;
 };
 autolambda2 = [n](int x) mutable {
  ++ n;
  return x + n;
 };
 std::cout << lambda1(5) << " " << n << std::endl;
 std::cout << lambda2(5) << " " << n << std::endl;
 return 0;
}

輸出的結(jié)果是：

可以看出n確實(shí)是通過值來訪問，在lambda1中，我們運(yùn)行++n，在編譯的時(shí)候會(huì)報(bào)錯(cuò)。使用mutable修飾之后，就可以修改參數(shù)（副本）的值。

4、異常規(guī)范

你可以使用 throw() 異常規(guī)范來指示 lambda 表達(dá)式不會(huì)引發(fā)任何異常。與普通函數(shù)一樣，如果 lambda 表達(dá)式聲明 C4297 異常規(guī)范且 lambda 體引發(fā)異常，Visual C++ 編譯器將生成警告 throw() ，如下所示：

// throw_lambda_expression.cpp 
// compile with: /W4 /EHsc 
int main() // C4297 expected 
{ 
 []() throw() { throw 5; }(); 
}

在MSDN的異常規(guī)范 [5] 中，明確指出異常規(guī)范是在 C++11 中棄用的 C++ 語言功能。因此這里不建議不建議大家使用。

5、返回類型

將自動(dòng)推導(dǎo) lambda 表達(dá)式的返回類型。無需使用 auto 關(guān)鍵字，除非指定尾隨返回類型。 trailing-return-type 類似于普通方法或函數(shù)的返回類型部分。但是，返回類型必須跟在參數(shù)列表的后面，你必須在返回類型前面包含 trailing-return-type 關(guān)鍵字 -> 。

如果 lambda 體僅包含一個(gè)返回語句或其表達(dá)式不返回值，則可以省略 lambda 表達(dá)式的返回類型部分。如果 lambda 體包含單個(gè)返回語句，編譯器將從返回表達(dá)式的類型推導(dǎo)返回類型。否則，編譯器會(huì)將返回類型推導(dǎo)為 void 。

#include <iostream>
#include <typeinfo>
int main() {
 autolambda1 = [](int i) {return i;};
 autolambda2 = [](int i) -> bool {return i;};
 autolambda3 = [](int i) -> float {return i;};
 /* auto lambda4 = []{ return {1, 2}; };*/ // ERROR: return type is void
            // cannot deduce lambda return type
 
 autox1 = lambda1(10);
 autox2 = lambda2(10);
 autox3 = lambda3(10);
 
 std::cout << x1 << " " << typeid(x1).name() << std::endl;
 std::cout << x2 << " " << typeid(x2).name() << std::endl;
 std::cout << x3 << " " << typeid(x3).name() << std::endl;
 return 0;
}

typeinfo的功能是獲取一個(gè)變量的類型，由于它的實(shí)現(xiàn)依賴于編譯器，所以在不同平臺(tái)下的輸出可能不完全一樣。小喵這邊的輸出是：

10 i
1 b
10 f

可以看出，三個(gè)lambda的輸出是不相同的。默認(rèn)情況下，會(huì)返回一個(gè)最直接的類型。

6、lambda體

lambda體其實(shí)和函數(shù)體幾乎完全相同。

lambda 表達(dá)式的 lambda 體（標(biāo)準(zhǔn)語法中的 compound-statement ）可包含普通方法或函數(shù)的主體可包含的任何內(nèi)容。普通函數(shù)和 lambda 表達(dá)式的主體均可訪問以下變量類型：

從封閉范圍捕獲變量，如前所述（Capture）。

參數(shù)

本地聲明變量

類數(shù)據(jù)成員（在類內(nèi)部聲明并且捕獲 this 時(shí)）

具有靜態(tài)存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間的任何變量（例如，全局變量）

這里要注意我們?cè)贑apture 規(guī)范中說到的值訪問和引用訪問的特點(diǎn)。

下面的例子都是MSDN上給出的。

以下示例包含通過值顯式捕獲變量 n 并通過引用隱式捕獲變量 m 的 lambda 表達(dá)式：

// captures_lambda_expression.cpp 
// compile with: /W4 /EHsc 
#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; 
}

輸出結(jié)果：

由于變量 n 是通過值捕獲的，因此在調(diào)用 lambda 表達(dá)式后，變量的值仍保持 0 不變。 mutable 規(guī)范允許在 lambda 中修改 n 。

盡管 lambda 表達(dá)式只能捕獲具有自動(dòng)存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間的變量，但你可以在 lambda 表達(dá)式的主體中使用具有靜態(tài)存儲(chǔ)持續(xù)時(shí)間的變量。以下示例使用 generate 函數(shù)和 lambda 表達(dá)式為 vector 對(duì)象中的每個(gè)元素賦值。 lambda 表達(dá)式將修改靜態(tài)變量以生成下一個(gè)元素的值。

void fillVector(vector<int>& v) 
{ 
 // A local static variable. 
 static int nextValue = 1; 
 
 // The lambda expression that appears in the following call to 
 // the generate function modifies and uses the local static 
 // variable nextValue. 
 generate(v.begin(), v.end(), [] { return nextValue++; }); 
 //WARNING: this is not thread-safe and is shown for illustration only 
}

四、應(yīng)用Lambda的比較函數(shù)的編寫

為什么要補(bǔ)充這一部分呢？因?yàn)槲覀冊(cè)趯懗绦虻臅r(shí)候，往往最常用到lambda的地方就是數(shù)組的sort。

首先，我們知道std::sort默認(rèn)是接受2個(gè)參數(shù)的，表示需要排序的序列的開始和結(jié)尾。對(duì)于一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，我們可以給它添加一個(gè)用來比較的函數(shù) operator <。但更多的是通過給sort添加第三個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。而這個(gè)參數(shù)就是一個(gè)比較器。

sort默認(rèn)使用<比較符來進(jìn)行比較，排序的結(jié)果是升序。我們寫的比較函數(shù)的功能就是代替<。記住這個(gè)特點(diǎn)，就不會(huì)在編寫比較函數(shù)的時(shí)候理不清思路。

這里舉一個(gè)小例子，給一組點(diǎn)坐標(biāo)，按歐氏距離排序：

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
 
int main() {
 vector< pair<int, int> > arr;
 arr.push_back(make_pair(1, 4));
 arr.push_back(make_pair(2, 3));
 arr.push_back(make_pair(5, 7));
 arr.push_back(make_pair(6, 2));
 
 sort(arr.begin(), arr.end(),
  [](pair<int, int> left, pair<int, int> right) {
   int d1 = left.first * left.first + left.second * left.second;
   int d2 = right.first * right.first + right.second * right.second;
   return d1 < d2;
  });
 
 for (auto &p: arr) {
  cout << "(" << p.first << ", " << p.second << ")" << endl;
 }
 return 0;
}

輸出結(jié)果：

(2, 3)
(1, 4)
(6, 2)
(5, 7)

唯一需要注意的是，我們的比較函數(shù)取代的是<。

PS：

lambda 怎么傳遞ref參數(shù)

ambda 傳遞ref參數(shù)有個(gè)語法bug，必須要顯式書寫參數(shù)類型。

//如
delegate bool FuncType(ref int num);
FuncType func1;
func1 = num => true; //錯(cuò)
func1 = (ref num) => true;//錯(cuò)
func1 = (ref int num) => true;//ok
//并且,當(dāng)一個(gè)參數(shù)書寫類型，其他參數(shù)也要書寫，總之很煩。

以上所述是小編給大家介紹的C++ 中的Lambda表達(dá)式寫法，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！

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