C++中的Lambda表達式詳解
我是搞C++的
一直都在提醒自己，我是搞C++的；但是當C++11出來這么長時間了，我卻沒有跟著隊伍走，發(fā)現(xiàn)很對不起自己的身份，也還好，發(fā)現(xiàn)自己也有段時間沒有寫C++代碼了。今天看到了C++中的Lambda表達式，雖然用過C#的，但是C++的，一直沒有用，也不知道怎么用，就可憐的連Lambda語法都看不懂。好了，這里就對C++中的Lambda進行一個簡單的總結(jié)，就算是對自己的一個交代，我是搞C++的，我是一個C++ programmer。
一段簡單的Code
我也不是文藝的人，對于Lambda的歷史，以及Lambda與C++的那段淵源，我也不是很熟悉，技術(shù)人，講究拿代碼說事。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
auto func = [=, &b](int c)->int {return b += a + c;};
return 0;
}
當我第一次看到這段代碼時，我直接凌亂了，直接看不懂啊。上面這段代碼，如果你看懂了，下面的內(nèi)容就當時復習了；如果看不懂了，就接著和我一起總結(jié)吧。
基本語法
簡單來說，Lambda函數(shù)也就是一個函數(shù)，它的語法定義如下：
[capture](parameters) mutable ->return-type{statement}
1.[capture]：捕捉列表。捕捉列表總是出現(xiàn)在Lambda函數(shù)的開始處。實際上，[]是Lambda引出符。編譯器根據(jù)該引出符判斷接下來的代碼是否是Lambda函數(shù)。捕捉列表能夠捕捉上下文中的變量以供Lambda函數(shù)使用;
2.(parameters)：參數(shù)列表。與普通函數(shù)的參數(shù)列表一致。如果不需要參數(shù)傳遞，則可以連同括號“()”一起省略;
3.mutable：mutable修飾符。默認情況下，Lambda函數(shù)總是一個const函數(shù)，mutable可以取消其常量性。在使用該修飾符時，參數(shù)列表不可省略（即使參數(shù)為空）;
4.->return-type：返回類型。用追蹤返回類型形式聲明函數(shù)的返回類型。我們可以在不需要返回值的時候也可以連同符號”->”一起省略。此外，在返回類型明確的情況下，也可以省略該部分，讓編譯器對返回類型進行推導;
5.{statement}：函數(shù)體。內(nèi)容與普通函數(shù)一樣，不過除了可以使用參數(shù)之外，還可以使用所有捕獲的變量。
與普通函數(shù)最大的區(qū)別是，除了可以使用參數(shù)以外，Lambda函數(shù)還可以通過捕獲列表訪問一些上下文中的數(shù)據(jù)。具體地，捕捉列表描述了上下文中哪些數(shù)據(jù)可以被Lambda使用，以及使用方式（以值傳遞的方式或引用傳遞的方式）。語法上，在“[]”包括起來的是捕捉列表，捕捉列表由多個捕捉項組成，并以逗號分隔。捕捉列表有以下幾種形式：
1.[var]表示值傳遞方式捕捉變量var；
2.[=]表示值傳遞方式捕捉所有父作用域的變量（包括this）；
3.[&var]表示引用傳遞捕捉變量var；
4.[&]表示引用傳遞方式捕捉所有父作用域的變量（包括this）；
5.[this]表示值傳遞方式捕捉當前的this指針。
上面提到了一個父作用域，也就是包含Lambda函數(shù)的語句塊，說通俗點就是包含Lambda的“{}”代碼塊。上面的捕捉列表還可以進行組合，例如：
1.[=,&a,&b]表示以引用傳遞的方式捕捉變量a和b，以值傳遞方式捕捉其它所有變量;
2.[&,a,this]表示以值傳遞的方式捕捉變量a和this，引用傳遞方式捕捉其它所有變量。
不過值得注意的是，捕捉列表不允許變量重復傳遞。下面一些例子就是典型的重復，會導致編譯時期的錯誤。例如：
3.[=,a]這里已經(jīng)以值傳遞方式捕捉了所有變量，但是重復捕捉a了，會報錯的;
4.[&,&this]這里&已經(jīng)以引用傳遞方式捕捉了所有變量，再捕捉this也是一種重復。
Lambda的使用
對于Lambda的使用，說實話，我沒有什么多說的，個人理解，在沒有Lambda之前的C++ , 我們也是那樣好好的使用，并沒有對缺少Lambda的C++有什么抱怨，而現(xiàn)在有了Lambda表達式，只是更多的方便了我們?nèi)懘a。不知道大家是否記得C++ STL庫中的仿函數(shù)對象，仿函數(shù)想對于普通函數(shù)來說，仿函數(shù)可以擁有初始化狀態(tài)，而這些初始化狀態(tài)是在聲明仿函數(shù)對象時，通過參數(shù)指定的，一般都是保存在仿函數(shù)對象的私有變量中;在C++中，對于要求具有狀態(tài)的函數(shù)，我們一般都是使用仿函數(shù)來實現(xiàn)，比如以下代碼：
#include<iostream>
using namespace std;
typedef enum
{
add = 0,
sub,
mul,
divi
}type;
class Calc
{
public:
Calc(int x, int y):m_x(x), m_y(y){}
int operator()(type i)
{
switch (i)
{
case add:
return m_x + m_y;
case sub:
return m_x - m_y;
case mul:
return m_x * m_y;
case divi:
return m_x / m_y;
}
}
private:
int m_x;
int m_y;
};
int main()
{
Calc addObj(10, 20);
cout<<addObj(add)<<endl; // 發(fā)現(xiàn)C++11中，enum類型的使用也變了，更“強”了
return 0;
}
現(xiàn)在我們有了Lambda這個利器，那是不是可以重寫上面的實現(xiàn)呢？看代碼：
#include<iostream>
using namespace std;
typedef enum
{
add = 0,
sub,
mul,
divi
}type;
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
auto func = [=](type i)->int {
switch (i)
{
case add:
return a + b;
case sub:
return a - b;
case mul:
return a * b;
case divi:
return a / b;
}
};
cout<<func(add)<<endl;
}
顯而易見的效果，代碼簡單了，你也少寫了一些代碼，也去試一試C++中的Lambda表達式吧。
關(guān)于Lambda那些奇葩的東西
看以下一段代碼：
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int j = 10;
auto by_val_lambda = [=]{ return j + 1; };
auto by_ref_lambda = [&]{ return j + 1; };
cout<<"by_val_lambda: "<<by_val_lambda()<<endl;
cout<<"by_ref_lambda: "<<by_ref_lambda()<<endl;
++j;
cout<<"by_val_lambda: "<<by_val_lambda()<<endl;
cout<<"by_ref_lambda: "<<by_ref_lambda()<<endl;
return 0;
}
程序輸出結(jié)果如下：
by_val_lambda: 11
by_ref_lambda: 11
by_val_lambda: 11
by_ref_lambda: 12
你想到了么？？？那這又是為什么呢？為什么第三個輸出不是12呢？
在by_val_lambda中，j被視為一個常量，一旦初始化后不會再改變（可以認為之后只是一個跟父作用域中j同名的常量），而在by_ref_lambda中，j仍然在使用父作用域中的值。所以，在使用Lambda函數(shù)的時候，如果需要捕捉的值成為Lambda函數(shù)的常量，我們通常會使用按值傳遞的方式捕捉；相反的，如果需要捕捉的值成成為Lambda函數(shù)運行時的變量，則應該采用按引用方式進行捕捉。
再來一段更暈的代碼：
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
int val = 0;
// auto const_val_lambda = [=](){ val = 3; }; wrong!!!
auto mutable_val_lambda = [=]() mutable{ val = 3; };
mutable_val_lambda();
cout<<val<<endl; // 0
auto const_ref_lambda = [&]() { val = 4; };
const_ref_lambda();
cout<<val<<endl; // 4
auto mutable_ref_lambda = [&]() mutable{ val = 5; };
mutable_ref_lambda();
cout<<val<<endl; // 5
return 0;
}
這段代碼主要是用來理解Lambda表達式中的mutable關(guān)鍵字的。默認情況下，Lambda函數(shù)總是一個const函數(shù)，mutable可以取消其常量性。按照規(guī)定，一個const的成員函數(shù)是不能在函數(shù)體內(nèi)修改非靜態(tài)成員變量的值。例如上面的Lambda表達式可以看成以下仿函數(shù)代碼：
class const_val_lambda
{
public:
const_val_lambda(int v) : val(v) {}
void operator()() const { val = 3; } // 常量成員函數(shù)
private:
int val;
};
對于const的成員函數(shù)，修改非靜態(tài)的成員變量，所以就出錯了。而對于引用的傳遞方式，并不會改變引用本身，而只會改變引用的值，因此就不會報錯了。都是一些糾結(jié)的規(guī)則。慢慢理解吧。
總結(jié)
對于Lambda這種東西，有的人用的非常爽，而有的人看著都不爽。仁者見仁，智者見智。不管怎么樣，作為程序員的你，都要會的。這篇文章就是用來彌補自己對C++ Lambda表達式的認知不足的過錯，以免以后在別人的代碼中看到了Lambda，還看不懂這種東西，那就丟大人了。
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