結(jié)合C++11新特性來學(xué)習(xí)C++中l(wèi)ambda表達式的用法

更新時間：2016年01月25日 14:37:23 投稿：goldensun

這篇文章主要介紹了C++中l(wèi)ambda表達式的用法,lambda表達式的引入可謂是C++11中的一大亮點,同時文中也涉及到了C++14標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于lambda的一些內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

在 C++ 11 中，lambda 表達式（通常稱為 "lambda"）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。本文定義了 lambda 是什么，將 lambda 與其他編程技術(shù)進行比較，描述其優(yōu)點，并提供一個基本示例。
Lambda 表達式的各部分
ISO C++ 標(biāo)準(zhǔn)展示了作為第三個參數(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
 );
}

此圖顯示了 lambda 的組成部分：

2016125143025467.png (295×205)

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”

Capture 子句

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行捕獲。有與號 (&) 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 表達式的主體不訪問封閉范圍中的變量。
可以使用默認捕獲模式（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, =]

使用 capture-default 時，只有 lambda 中提及的變量才會被捕獲。
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]{}; // ERROR: i preceded by & when & is the default
 [=, this]{}; // ERROR: this when = is the default
 [i, i]{}; // ERROR: i repeated
}

capture 后跟省略號是包擴展，如以下可變參數(shù)模板示例中所示：

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 表達式，請將 this 指針傳遞給 Capture 子句，以提供對封閉類的方法和數(shù)據(jù)成員的訪問權(quán)限。有關(guān)展示如何將 lambda 表達式與類方法一起使用的示例，請參閱 Lambda 表達式的示例中的“示例：在方法中使用 Lambda 表達式”。
在使用 capture 子句時，建議你記住以下幾點（尤其是使用采取多線程的 lambda 時）：
引用捕獲可用于修改外部變量，而值捕獲卻不能實現(xiàn)此操作。（mutable允許修改副本，而不能修改原始項。）
引用捕獲會反映外部變量的更新，而值捕獲卻不會反映。
引用捕獲引入生存期依賴項，而值捕獲卻沒有生存期依賴項。當(dāng) lambda 以異步方式運行時，這一點尤其重要。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 運行時消失，從而導(dǎo)致運行時訪問沖突。

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式表示；且將從該表達式生成的類型推導(dǎo)新變量的類型。此功能的一個好處是，在 C++14 中，可從周邊范圍捕獲只移動的變量（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
 };

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。

int y = [] (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)用運算符創(chuàng)建為模板。參數(shù)列表中的每個 auto 實例等效于一個不同的類型參數(shù)。

auto y = [] (auto first, auto second)
{
 return first + second;
};

lambda 表達式可以將另一個 lambda 表達式作為其參數(shù)。有關(guān)詳細信息，請參閱 Lambda 表達式的示例主題中的“高階 Lambda 表達式”。
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。

可變規(guī)范
通常，lambda 的函數(shù)調(diào)用運算符為 const-by-value，但對 mutable 關(guān)鍵字的使用可將其取消。它不會生成可變的數(shù)據(jù)成員。利用可變規(guī)范，lambda 表達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。
異常規(guī)范
你可以使用 throw() 異常規(guī)范來指示 lambda 表達式不會引發(fā)任何異常。與普通函數(shù)一樣，如果 lambda 表達式聲明 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; }();
}

返回類型
將自動推導(dǎo) lambda 表達式的返回類型。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 體僅包含一個返回語句或其表達式不返回值，則可以省略 lambda 表達式的返回類型部分。如果 lambda 體包含單個返回語句，編譯器將從返回表達式的類型推導(dǎo)返回類型。否則，編譯器會將返回類型推導(dǎo)為 void。下面的代碼示例片段說明了這一原則。

auto x1 = [](int i){ return i; }; // OK: return type is int
auto x2 = []{ return{ 1, 2 }; }; // ERROR: return type is void, deducing 
     // return type from braced-init-list is not valid

lambda 表達式可以生成另一個 lambda 表達式作為其返回值。有關(guān)詳細信息，請參閱 Lambda 表達式的示例中的“高階 Lambda 表達式”。
Lambda 體
lambda 表達式的 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。
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）
具有靜態(tài)存儲持續(xù)時間的任何變量（例如，全局變量）

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：

5
0

由于變量 n 是通過值捕獲的，因此在調(diào)用 lambda 表達式后，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 表達式只能捕獲具有自動存儲持續(xù)時間的變量，但你可以在 lambda 表達式的主體中使用具有靜態(tài)存儲持續(xù)時間的變量。以下示例使用 generate 函數(shù)和 lambda 表達式為 vector 對象中的每個元素賦值。 lambda 表達式將修改靜態(tài)變量以生成下一個元素的值。

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
}

下面的代碼示例使用上一示例中的函數(shù)，并添加了使用 STL 算法 generate_n 的 lambda 表達式的示例。該 lambda 表達式將 vector 對象的元素指派給前兩個元素之和。使用了 mutable 關(guān)鍵字，以使 lambda 表達式的主體可以修改 lambda 表達式通過值捕獲的外部變量 x 和 y 的副本。由于 lambda 表達式通過值捕獲原始變量 x 和 y，因此它們的值在 lambda 執(zhí)行后仍為 1。

// compile with: /W4 /EHsc
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

template <typename C> void print(const string& s, const C& c) {
 cout << s;

 for (const auto& e : c) {
 cout << e << " ";
 }

 cout << endl;
}

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
}

int main()
{
 // The number of elements in the vector.
 const int elementCount = 9;

 // Create a vector object with each element set to 1.
 vector<int> v(elementCount, 1);

 // These variables hold the previous two elements of the vector.
 int x = 1;
 int y = 1;

 // Sets each element in the vector to the sum of the 
 // previous two elements.
 generate_n(v.begin() + 2,
 elementCount - 2,
 [=]() mutable throw() -> int { // lambda is the 3rd parameter
 // Generate current value.
 int n = x + y;
 // Update previous two values.
 x = y;
 y = n;
 return n;
 });
 print("vector v after call to generate_n() with lambda: ", v);

 // Print the local variables x and y.
 // The values of x and y hold their initial values because 
 // they are captured by value.
 cout << "x: " << x << " y: " << y << endl;

 // Fill the vector with a sequence of numbers
 fillVector(v);
 print("vector v after 1st call to fillVector(): ", v);
 // Fill the vector with the next sequence of numbers
 fillVector(v);
 print("vector v after 2nd call to fillVector(): ", v);
}

輸出：

  vector v after call to generate_n() with lambda: 1 1 2 3 5 8 13 21 34
x: 1 y: 1
vector v after 1st call to fillVector(): 1 2 3 4 5 6 7 8 9
vector v after 2nd call to fillVector(): 10 11 12 13 14 15 16 17 18

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