「C++11」Lambda 表达式

维基百科上面对于 lambda 的引入是如下描述的：

在标准 C++，特别是当使用 C++ 标准程序库算法函数诸如 sort 和 find。用户经常希望能够在算法函数调用的附近定义一个临时的述部函数(又称谓词函数，predicate function)。由于语言本身允许在函数内部定义类型，可以考虑使用函数对象，然而这通常既麻烦又冗赘，也阻碍了代码的流程。此外，标准 C++ 不允许定义于函数内部的类型被用于模板，所以前述的作法是不可行的。C++11 对lambda的支持可以解决上述问题。

lambda 表达式的简单语法如下：[capture] (parameters) -> return value { body }

1、最简单的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    auto func = [] () { cout << "Hello world"; };
    func();
}

上面的 lambda 表达式 func 没有传入任何参数，也没有返回值，甚至我们可以对其简写成：auto func = [] { cout << "Hello world"; } 。并且配合 C++11标准加入的 auto 自动类型判断，省去了以前定义函数指针冗杂繁琐的过程，程序看上去如何优雅、简洁。

2、更加深入的示范：

假设我们有一个存放书籍地址的类，需要传入一个“搜索满足条件地址”的函数，并且将类定义成如下模样：

class AddressBook
{
public:
    template<typename Func>
    std::vector<std::string> findMatchingAddresses (Func func)
    {
        std::vector<std::string> results;
        for ( auto itr = _addresses.begin(), end = _addresses.end(); itr != end; ++itr )
        {
            if ( func( *itr ) )
            {
                results.push_back( *itr );
            }
        }
        return results;
    }
private:
    std::vector<std::string> _addresses;
};

类 AddressBook 封装了 findMatchingAddresses 函数，返回满足我们需要的书目，下面我们看看 lambda 表达式如何实现这一过程：

AddressBook global_address_book;
vector<string> findAddressesFromOrgs ()
{
    return global_address_book.findMatchingAddresses(
        [] (const string& addr) { return addr.find( ".org" ) != string::npos; }
    );
}

上面函数返回满足地址中带有 ".org" 字样的书籍条目，lambda 表达式虽然没有定义返回类型，但是编译器可以根据我们的 return 语句自动判断返回值是 boolean 类型。我们的 lambda 表达式中 [] 并没有 capture 任何变量，再下面的例子中将展示 [&] ：

string name;
cin >> name;
return global_address_book.findMatchingAddresses(
    [&] (const string& addr) { return addr.find( name ) != string::npos; }
);

再次注意到，类 global_address_book 竟然能够访问到我们定义的局部变量 name 字符串，这正是 lambda 表达式的强大之处，[&] 代表 lambda body 中用到的变量都以“reference”的方式使用，还有更多的 capture 用法这里就不再叙述，有兴趣进一步了解的同学可以自行搜索。

3、Lambda 表达式使 STL 更加强大：

传统的情况下，我们会用下面的方式去访问容器里面的数据：

vector<int> v;
v.push_back( 1 );
v.push_back( 2 );
//...
for ( auto itr = v.begin(), end = v.end(); itr != end; itr++ )
{
    cout << *itr;
}

但是当我们有了 Lambda 之后，利用 STL 里面的 for_each ，将会变成下面的代码：

vector<int> v;
v.push_back( 1 );
v.push_back( 2 );
//...
for_each( v.begin(), v.end(), [] (int val)
{
    cout << val;
});

你可能会想，上面的 for_each 循环，会不会使我们的程序有性能上的损耗？答案是否定的：for_each 的效率和迭代的效率是一致的，甚至加上 Lambda 之后，for_each 会利用 "loop unrolling" 机制使程序运行的更快。

Lambda 的引入给我们带来了一种全新的编程体验，它可以让我们把 "function" 当做是 "data" 一样传递，并且使我们从繁琐的语法中解放出来，更加关注于 "算法" 本身。我们也称 Lambda 为 Closure（闭包），顾名思义，这使我们的函数变得更加私有，所以限制了别人的访问，同时我们也可以更加方便的编程。

4、Lambda 与 资源管理：

前面在我的 「理解智能指针」一文中提到，智能指针可以利用 C++ 的 RAII(Resource acquisition is initialization) 特性，在类型（class）的析构函数时来完成自动释放指针所指向对象的目的。同样，在 Lambda 中，又把 RAII 这一特性体现的淋漓尽致：

class ScopeGuard
{
public:
    explicit ScopeGuard(std::function<void()> onExitScope)
        : onExitScope_(onExitScope)
    { }
    ~ScopeGuard()
    {
            onExitScope_();
    }
private:
    std::function<void()> onExitScope_;
private: // noncopyable
    ScopeGuard(ScopeGuard const&);
    ScopeGuard& operator=(ScopeGuard const&);
};

int main() {
    HANDLE h = CreateFile(...);
    ScopeGuard onExit([&] { CloseHandle(h); });
    ...
    return 0;
}

看到上面的代码，我已经被 C++11 引入 Lambda 之后所带来的强大功能所折服了。我们不必担心何时去释放资源，并且连释放资源的方式「如 CloseHandle(h)」也与我们的代码紧密的融合在了一起，这将是十分美妙的一件事情。

5、Lambda 到底是什么类型：

auto func = [] () { cout << "hello world"; };
std::function<void ()> func = [] () { cout << "hello world"; };

auto func = [] (int val) { cout << val; return false; };
std::function<bool (int)> func = [] (int val) { cout << val; return false; };

上面的上下 2 行代码效果是等效的，看到这里是否有种似曾相识的感觉？那 Lambda 和 我们定义的函数指针有什么区别呢：

typedef int (*func)();
func f = [] () -> int { return 2; };
f();

没错，这段代码是可以正常运行的，因为 Lambda 表达式中并没有 capture 任何本地变量，因此会被编译成普通的函数指针。最后采用 coolshell 里面 Lambda 的 2 点总结： 1）可以定义匿名函数，2）编译器会把其转成函数对象。

6、 使用 Lambda 进行代码委托（调用）：

「参考资料」

http://zh.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B11

http://mindhacks.cn/2012/08/27/modern-cpp-practices/

http://www.cprogramming.com/c++11/c++11-lambda-closures.html

http://coolshell.cn/articles/5265.html