一文詳解C++11中的lambda函數(shù)

更新時(shí)間：2023年02月07日 11:27:58 作者：Shawn-Summer

小編可以明確告訴大家:lambda函數(shù)是C++11中最重要的,使用最廣泛的,最具現(xiàn)代風(fēng)格的內(nèi)容,lambda函數(shù)的出現(xiàn)改變了C++編程的思維方式。所以快和小編學(xué)習(xí)一下C++11中l(wèi)ambda函數(shù)的使用吧

1.lambda函數(shù)語(yǔ)法

[capture](parameters)mutable ->return-type{statement}

[capture]:捕捉列表。捕獲父作用域中可用的變量,供lambda函數(shù)使用,[]是lambda函數(shù)的導(dǎo)出符號(hào)。
(parameters):參數(shù)列表。和普通函數(shù)的參數(shù)列表一樣,如果沒(méi)有參數(shù)可以省略
mutable:修飾符號(hào)。lambda函數(shù)默認(rèn)是一個(gè)const修飾的函數(shù),mutab可以取消其常量性
->return-type:返回類(lèi)型。類(lèi)似于返回值后置的語(yǔ)法,如果沒(méi)有返回值或者返回類(lèi)型可自動(dòng)推斷就可省略聲明返回類(lèi)型。
{statement}:函數(shù)體。

根據(jù)上面語(yǔ)法,我們知道[]{}是一種最簡(jiǎn)單的lambda函數(shù),而且我們發(fā)現(xiàn),從語(yǔ)法角度來(lái)看,lambda函數(shù)比普通函數(shù)多了一個(gè)捕獲列表,這是它的精髓所在。

1.1 捕獲列表

int main()
{
    []{};//最簡(jiǎn)單的lambda函數(shù)
    int a=3;
    int b=4;
    [=]{return a+b;};
    auto func1=[&](int c){b=a+c;};
    auto func2=[=,&b](int c)->int{return b+=a+c;};
}。

上面代碼中,我們可以使用捕獲列表來(lái)捕獲,變量a和b

被捕獲的變量和基于參數(shù)傳遞的變量是不同的,被捕獲的變量更是一種lambda函數(shù)的初始狀態(tài)。

捕獲列表是由多個(gè)捕獲項(xiàng)組成的:

[var]:表示按值方式捕獲變量var
[=]:表示按值捕獲其父作用域中所有可用的變量(包括this)
[&var]:表示按引用捕獲變量var
[&]:表示按引用捕獲其父作用域中所有可用的變量(包括this)
[this]:表示按值傳遞當(dāng)前的this指針

特別的這些捕獲項(xiàng)可用組合使用,例如:[=,&a,&b]表示以引用捕獲a和b,按值捕獲其他所有變量。[&,a,this]表示按值捕獲a和this,按引用捕獲其他所有變量。

下面看一段代碼

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int j=12;
    auto fun1=[=]{return j;};
    auto fun2=[&]{return j;};
    cout<<"fun1: "<<fun1()<<endl;
    cout<<"fun2: "<<fun2()<<endl;

    j++;
    cout<<"fun1: "<<fun1()<<endl;
    cout<<"fun2: "<<fun2()<<endl;
}
/*
fun1: 12
fun2: 12
fun1: 12
fun2: 13
*/

當(dāng)j++后,再次調(diào)用func1()時(shí),我們發(fā)現(xiàn)它里面的j卻保持不變,所以上面這段代碼反應(yīng)了一個(gè)事實(shí):捕獲的變量是lambda函數(shù)的初始狀態(tài)。

在使用lambda函數(shù)時(shí),按值傳遞的變量成為函數(shù)中的常量,它不會(huì)再運(yùn)行過(guò)程中改變,按引用傳遞的變量,它類(lèi)似于函數(shù)參數(shù),他會(huì)隨時(shí)檢查其值。

#include<iostream>
using namespace std;
int temp=0;
int main()
{
    static int a=0;
    auto fun=[]{temp++;a++;};
    fun();
    fun();
    cout<<temp<<endl;//2
    cout<<a<<endl;//2;

    [temp]{};//編譯錯(cuò)誤
    [a]{};//編譯錯(cuò)誤
}

lambda函數(shù)中也可以直接使用全局變量,但是如果fun1這樣就是錯(cuò)誤的,因?yàn)?lambda函數(shù)只能捕獲其父作用域中可用的自動(dòng)變量,而靜態(tài)變量不需要捕獲,可以直接使用。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
    int a=1;
    cout<<"a="<<a<<endl;
    auto foo1=[&]()
    {
        a++;
        cout<<"a="<<a<<endl;
        auto foo2=[&]()
        {
            a++;
            cout<<"a="<<a<<endl;
        };
        foo2();
    };
    foo1();
}
/*
a=1
a=2
a=3
*/

上面代碼中說(shuō)明,lambda函數(shù)中還可以使用lambda函數(shù),這樣子,上面代碼就狠像pascal語(yǔ)言中的內(nèi)嵌函數(shù)。

1.2 mutable修飾符

lambda函數(shù)是具有常量性的,下面這段代碼是在stackoverflow網(wǎng)站中的一次討論:

int main()
{
    int val;
    auto fun1=[=]{val=3;};//編譯失敗,val無(wú)法被賦值
    auto fun2=[=]() mutable {val=3;};
    auto fun3=[&]{val=3;};
    auto fun4=[](int v){v=3;};
    fun4(val);
}

上面中,fun1無(wú)法通過(guò)編譯,因?yàn)関al是按值傳遞的,所以在函數(shù)體中,val就是一個(gè)只讀常量,無(wú)法對(duì)其進(jìn)行賦值,我們可以使用修飾符mutable來(lái)取消其只讀屬性。這樣的目的是只是提供一種語(yǔ)法上的可能,在實(shí)際使用的時(shí)候,我們一般不需要使用mutable,如果需要修改按值傳遞的值,我們可以直接按值傳遞參數(shù),而不是捕獲它。

實(shí)際上,lambda函數(shù)中的捕獲變量,更像是函數(shù)對(duì)象(仿函數(shù))中的私有數(shù)據(jù)成員:

class fun1
{
private:
    int val;
public:
    fun1(int v):val(v){};
    void operator()const{val=3;};//編譯出錯(cuò)
}

默認(rèn)情況下,按值捕獲的變量,如果不加mutable,它就會(huì)等價(jià)于上面的仿函數(shù),這里的operator()就是const修飾的,它不允許修改val。

1.3 匿名lambda函數(shù)

lambda函數(shù)本身是右值,它沒(méi)有名字,它本身就是匿名的,我們一般通過(guò)auto來(lái)賦予它一個(gè)名字,這樣就能生成類(lèi)似一個(gè)局部函數(shù)的效果。我們也可以不使用auto,我們可以直接生成一個(gè)lambda函數(shù),然后調(diào)用,例如下面這段代碼:

#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
    const int a=[]{
        int ret=0;
        for(int i=0;i<100;i++)
        {
            ret+=i;
        }
        return ret;
    }();
    cout<<a<<endl;
}

lambda函數(shù)定義后直接調(diào)用。

實(shí)際上,lambda函數(shù)的設(shè)計(jì)初衷就是:就地書(shū)寫(xiě),就地使用。所以諸如上面的寫(xiě)法非常常見(jiàn)。

2.lambda與STL

lambda函數(shù)的出現(xiàn),讓我們發(fā)現(xiàn)使用STL算法更加簡(jiǎn)單了。

例如for_each()算法,它接收3個(gè)參數(shù),前兩個(gè)是指示范圍的迭代器類(lèi)型,第3個(gè)是接收一個(gè)參數(shù)的函數(shù)符(即仿函數(shù),函數(shù)指針,lambda函數(shù))。

#include<vector>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;
extern vector<int> nums;

void OneCond(int val)
{
    //傳統(tǒng)for方法
    for(auto i=nums.begin();i!=nums.end();++i)
    {
        if(*i==val)
            break;
    }
    //使用adapter
    find_if(nums.begin(),nums.end(),bind2nd(equal_to<int>(),val));
    //使用lambda函數(shù)
    find_if(nums.begin(),nums.end(),[=](int i){
        return i==val;
    });
}

上面代碼中,有些人認(rèn)為使用這種adapter會(huì)簡(jiǎn)單一點(diǎn),就像這里的equal_to<int>()它就是是一個(gè)函數(shù)對(duì)象,我只能說(shuō)仁者見(jiàn)仁。但是這種使用adapter的方式創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象,要求程序員懂很多STL的知識(shí),而且可讀性不好,例如下面這段代碼

#include<vector>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;

extern vector<int> nums;

void twoCond(int low,int high)
{
    for(auto i=nums.begin();i!=nums.end();i++)
    {
        if(*i>=low && *i<high)break;
    }
    find_if(nums.begin(),nums.end(),compose2(
        logical_and<bool>(),
        bind2nd(less<int>(),high),
        bind2nd(greater_equal<int>(),low)
    ));
    find_if(nums.begin(),nums.end(),[=](int i)
    {
        return i>=low && i<high;
    });
}

再看看下面的lambda簡(jiǎn)化STL的例子

#include<vector>
#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;

vector<int> nums;
void Add(const int val)
{
    auto print =[]{
        for(auto s:nums)
        {
            cout<<s<<"\t";
        }
        cout<<endl;
    };
    for(auto i=nums.begin();i!=nums.end();i++)
    {
        *i=*i+val;
    }
    print();

    for_each(nums.begin(),nums.end(),bind2nd(plus<int>(),val));
    print();

    transform(nums.begin(),nums.end(),nums.begin(),bind2nd(plus<int>(),val));
    print();

    for_each(nums.begin(),nums.end(),[=](int &i){i+=val;});
    print();
}
int main()
{
    for(int i=0;i<10;i++)
    nums.emplace_back(i);
    Add(10);
}
/*
10      11      12      13      14      15      16      17      18      19
10      11      12      13      14      15      16      17      18      19
20      21      22      23      24      25      26      27      28      29
30      31      32      33      34      35      36      37      38      39
*/

我們發(fā)現(xiàn)上面代碼運(yùn)行后,第二行相較于第一行沒(méi)有變化,如果熟悉STL,你會(huì)狠容易發(fā)現(xiàn),因?yàn)閒or_each()它不會(huì)寫(xiě)回,而transform它會(huì)寫(xiě)回。STL新手就會(huì)容易犯這個(gè)錯(cuò)誤,如果你使用lambda函數(shù)這些東西就不需要了。

#include<vector>
#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<numeric>
using namespace std;

void Stat(vector<int> &v)
{
    int errors;
    int score;
    auto print =[&]{
        cout<<"Errors: "<<errors<<endl
        <<"Score: "<<score<<endl;
    };
    errors=accumulate(v.begin(),v.end(),0);
    score=accumulate(v.begin(),v.end(),100,minus<int>());
    print();

    errors=0;
    score=100;

    for_each(v.begin(),v.end(),[&](int i){
        errors+=i;
        score-=i;
    });
    print();
}

int main()
{
    vector<int> v(10);
    generate(v.begin(),v.end(),[]{return rand()&10;});
    Stat(v);
}

總之,lambda函數(shù)非常好用

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